Die Fähigkeit zum Bearbeiten von Genen in lebenden Organismen bietet die Möglichkeit zur Behandlung einer Vielzahl von geerbten Krankheiten. Jedoch, viele Arten von gen-editing-tools sind nicht in der Lage zum Ziel, die kritischen Bereiche der DNA, und die Schaffung einer solchen Technologie wurde schwierig, als lebendes Gewebe enthält verschiedene Arten von Zellen.
Nun, Salk-Institut haben Forscher entwickelt ein neues tool — genannt SATI — zum Bearbeiten der Maus-Genom, wodurch das team auf den Gegner ein breites Spektrum von Mutationen und Zelltypen. Das neue Genom-editing-Technik, beschrieben in Cell Research on August 23, 2019, könnte erweitert werden, für den Einsatz in einer breiten Palette von gen-mutation Erkrankungen wie der Huntington-Krankheit und der seltene vorzeitiger Hautalterung-Syndrom, progerie.
„Diese Studie hat gezeigt, dass SATI ist ein leistungsfähiges Werkzeug für Genom-editing“, sagt Juan Carlos Izpisua Belmonte, ein professor am Salk Gene Expression Laboratory und leitender Autor des Papiers. „Es könnte sich maßgeblich an der Entwicklung effektiver Strategien für das Ziel-gen-Ersatz, viele verschiedene Arten von Mutationen, und öffnet die Tür für die Verwendung von Genom-editing-tools, um eventuell Heilung ein breites Spektrum genetischer Erkrankungen.“
Techniken, die zur Veränderung der DNA — insbesondere die CRISPR-Cas9-system-in der Regel am effektivsten in sich teilenden Zellen, wie diejenigen, die in der Haut oder im Darm, mit den Zellen der “ normalen DNA-Reparatur-Mechanismen. Die Izpisua Belmonte Labor bereits gezeigt, dass Ihre CRISPR/Cas9-basierte gen-editing-Technologie, genannt HITI (für Homologie-unabhängige gezielte integration), könnte als Ziel teilenden und nicht-teilenden Zellen. Protein-kodierenden Regionen funktionieren wie Rezepte für die Herstellung von Proteinen, während Bereiche, die als nicht-kodierenden Regionen fungieren als chefs entscheiden, wie viel Essen machen. Diese nicht-kodierenden Regionen machen die überwiegende Mehrheit der DNA (~98%) und regulieren viele zelluläre Funktionen, einschließlich drehen Gene ein-und ausschalten, so könnte ein wertvolles Ziel für die Zukunft gen-Therapien.
„Wir versuchten, ein möglichst vielseitiges Werkzeug, um den Gegner die nicht-kodierenden Regionen der DNA, die keine Auswirkungen auf die Funktion der gene, und ermöglichen die Ausrichtung auf ein breites Spektrum von Mutationen und Zelltypen“, erklärt Mako Yamamoto, co-erste Autor auf dem Papier und ein postdoctoral fellow in der Izpisua Belmonte lab. „Als proof-of-concept, konzentrierten wir uns auf einem Maus-Modell der vorzeitigen Alterung, die durch eine mutation, die schwierig zu reparieren sind, mit vorhandenen Genom-editing-tools.“
Die neue gen-knock-in-Methode, die die Wissenschaftler nennen SATI (kurz für interzelluläre linearisierten Einzelnen Homologie-Arm-Spender vermittelt intron-Targeting-Integration) ist eine Weiterentwicklung der bisherigen HITI Methode, um es zu aktivieren, um den Gegner weitere Bereiche des Genoms. SATI funktioniert durch einfügen einer normalen Kopie des problematischen gen in den nicht-kodierenden region der DNA, bevor die mutation Website. Dieses neue gen wird dann integriert in das Genom der neben dem alten gen über eine von mehreren DNA-reparaturwegen, die Entlastung des Organismus von den schädlichen Wirkungen der ursprünglichen, mutierte gen, ohne zu riskieren Schäden im Zusammenhang mit vollständig zu ersetzen.
Die Wissenschaftler testeten die SATI-Technologie in lebenden Mäusen mit progerie, die verursacht wird durch eine mutation im LMNA-gen. Sowohl Menschen als auch Mäuse mit progerie Anzeichen vorzeitiger Hautalterung, kardiale Dysfunktion und drastisch verkürzten Lebensdauer aufgrund der Anhäufung von einem Eiweiß namens progerin. Durch die Verwendung von SATI, eine normale Kopie des LMNA-Gens eingefügt wurde in die progerie-Mäusen. Die Forscher konnten beobachten, verminderte Merkmale des Alterns in mehreren Geweben einschließlich der Haut und der Milz, zusammen mit einer Verlängerung der Lebensspanne (45% Anstieg im Vergleich zu unbehandelten progerie-Mäuse). Eine ähnliche Verlängerung der Lebensdauer, wenn auf den Menschen übertragen, würde mehr als ein Jahrzehnt. So, die SATI-system stellt den ersten in-vivo-gen-Korrektur-Technologie, dessen Ziel nicht-kodierenden Regionen der DNA, die in mehreren Gewebetypen.
Weiter, die Mannschaft zielt auf die Verbesserung der Effizienz von SATI durch die Erhöhung der Anzahl von Zellen, die Einarbeitung der neuen DNA.
„Konkret werden wir untersuchen, die details der zellulären Systeme involviert in DNA-Reparatur zu verfeinern, die SATI-Technologie noch weiter für eine bessere DNA-Korrektur“, sagt Reyna Hernández-Benitez, co-erste Autor auf dem Papier und ein postdoctoral fellow in der Izpisua Belmonte lab.
Andere Autorinnen und Autoren, Suzuki, Keiichiro, Rupa Devi Soligalla, Emi Aizawa, Fumiyuki Hatanaka, Masakazu Kurita, Pradeep Reddy, Alejandro Ocampo, Tomoaki Hishida, Masahiro Sakurai, Amy N. Nemeth, Concepcion Rodriguez Esteban der Salk; Zhe Li, Christopher Wei und Kun Zhang von der University of California in San Diego; Estrella Nuñez Delicado von der Universidad Catolica San Antonio de Murcia; Jun Wu von der University of Texas Southwestern Medical Center; Josep M. Campistol von der Krankenhaus-Klinik von Barcelona in Spanien; Pierre Magistretti von der King Abdullah University of Science und Technology in Saudi-Arabien; Pedro Guillen von der Clinica CEMTRO in Spanien; Jianhui Gong, Yilin Yuan und Ying Gu der BGI-Shenzhen in China; Guang-Hui Liu von der chinesischen Akademie der Wissenschaften; und Carlos López-Otín von der Universidad de Oviedo in Spanien.
Die Arbeit wurde finanziert durch die 2016 Salk Frauen & Wissenschaft Besondere Auszeichnung, die JSPS KAKENHI (15K21762 und 18H04036), die Takeda Science Foundation, Die Uehara Memorial Foundation, der National Institutes of Natural Sciences (BS291007), Die Sumitomo Foundation (170220), Die Naito Foundation, Die Kurata Zuschüsse (1350), die Mochida Memorial Foundation, Der Inamori-Stiftung, der Guangdong Provincial Key Laboratory of Genome Lesen und Schreiben (No. 2017B030301011), der Guangdong-Provinz-Akademiker-Workstation der BGI Synthetic Genomics (No. 2017B090904014), Shenzhen Pfau-Plan (Nr. KQTD20150330171505310), Das Leona M. und Harry B. Helmsley Charitable Trust (2012-PG-MED002), der G. Harold und Leila Y. Mathers Gemeinnützige Stiftung, die National Institutes of Health (R01HL123755 und 5 DP1 DK113616), Die Progerie-Forschungsstiftung, Die Glenn Foundation, KAUST, Die Moxie-Stiftung, die Fundación Dr. Pedro Guillen, der Asociación de Futbolistas Españoles und Universidad Católica San Antonio de Murcia (UCAM).