Onderzoekers hebben ontdekt dat het uit elkaar halen van de geneditor die in de traditionele CRISPR-technologie wordt gebruikt een nauwkeuriger hulpmiddel kan creëren dat kan worden in- en uitgeschakeld, met een veel kleinere kans op het veroorzaken van onbedoelde genoommutaties. Ze zeggen dat hun nieuwe instrument het potentieel heeft om ongeveer de helft van alle ziekteveroorzakende mutaties te corrigeren.

CRISPR is een van de wetenschappelijke termen die in het alledaagse vocabulaire is opgenomen. Dit hulpmiddel voor het bewerken van genen is misschien wel een van de grootste ontdekkingen van de 21e eeuw en heeft een revolutie teweeggebracht in het onderzoek en de behandeling van genetische en niet-genetische ziekten. Maar het grootste risico dat met de CRISPR-technologie gepaard gaat, is ‘off-target editing’, dat wil zeggen het optreden van onverwachte, onnodige of zelfs ongunstige veranderingen in het genoom, anders dan op de doelsite.

Nu hebben onderzoekers van Rice University een nieuw hulpmiddel voor het bewerken van genen ontwikkeld, gebaseerd op CRISPR-technologie, dat nauwkeuriger is en de mogelijkheid van bewerking buiten het doel aanzienlijk verkleint.

"Ons team wilde een verbeterde versie van het hulpmiddel voor het bewerken van genen ontwikkelen, die naar behoefte aan of uit kon worden gezet, waardoor ongeëvenaarde veiligheid en nauwkeurigheid werd geboden", zegt Hongzhi Zeng, de eerste auteur van het onderzoek. "Een dergelijk hulpmiddel heeft het potentieel om bijna de helft van de ziekteveroorzakende puntmutaties in ons genoom te corrigeren. De huidige adeninebasiseditors staan ​​echter voortdurend 'aan', wat kan leiden tot ongewenste genomische veranderingen terwijl de gewenste correcties worden doorgevoerd in het gastheergenoom. "

DNA bestaat uit twee verbonden strengen die zich om elkaar heen wikkelen en een dubbele helix vormen die lijkt op een gedraaide ladder. De "sporten" van de ladder bestaan ​​uit basenparen, dit zijn twee complementaire nucleotidebasen die bij elkaar worden gehouden door waterstofbruggen: adenine (A) paren met thymine (T), en cytosine (C) paren met guanine (G).

Basepaarmutaties, ook wel ‘puntmutaties’ genoemd, zijn verantwoordelijk voor duizenden ziekten. Traditionele CRISPR maakt gebruik van een adeninebase-editor (ABE) of een cytosinebase-editor (CBE) om puntmutaties op de gewenste plaats te creëren. Hier gebruikten de onderzoekers ABE en pasten deze aan.

Ze scheidden ABE in twee afzonderlijke eiwitten, die inactief bleven totdat het sirolimusmolecuul werd toegevoegd. Sirolimus, ook bekend als rapamycine, is een geneesmiddel met antitumorale en immunosuppressieve eigenschappen dat wordt gebruikt om afstoting bij orgaantransplantaties te voorkomen en om bepaalde soorten kanker te behandelen.

"Wanneer dit kleine molecuul wordt geïntroduceerd, worden twee onafhankelijke inactieve segmenten van de adeninebase-editor aan elkaar gelijmd en actief worden," zei Zeng. "Wanneer het lichaam rapamycine metaboliseert, scheiden deze twee fragmenten zich, waardoor het systeem inactief wordt."

De onderzoekers ontdekten dat hun nieuwe tool voor het bewerken van gesplitste genen niet alleen korter actief bleef dan de oorspronkelijke, intacte ABE, maar ook andere voordelen had.

"Vergeleken met de volledige [basis]-editor vermindert onze versie het aantal off-target-bewerkingen met meer dan 70 procent en verbetert de nauwkeurigheid van on-target-bewerkingen", aldus Zeng.

Ze testten hun aanpak door zich te richten op het PCSK9-gen in muizenlevers. Het PCSK9-gen maakt een eiwit dat helpt bij het reguleren van het cholesterolgehalte in het bloed en heeft daarom therapeutische implicaties voor mensen. Ze verpakten de door rapamycine geactiveerde gesplitste ABE in een adeno-geassocieerd virus (AAV) vector en ontdekten dat deze een enkel A·T-basenpaar op het gen kon omzetten in een G·C-basenpaar. Deze conversie is bijzonder nuttig omdat mutaties van het basenpaar G·C naar A·T verantwoordelijk zijn voor bijna 50% van de single-point mutaties die verband houden met genetische ziekten bij de mens.

"We hopen dat onze tools voor het bewerken van het gesplitste genoom uiteindelijk zullen worden toegepast om menselijke gezondheidsproblemen met grotere precisie op te lossen", zegt Gao Xue, de corresponderende auteur van het onderzoek.

Het onderzoek werd gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications.