Ny CRISPR Cas9-variant kan öka precisionen i genredigering
Forskare har tagit fram en ny variant av genredigeringsverktyget CRISPR-Cas9 som har potentialen att öka precisionen vid genterapi i mänskliga celler. Den nya varianten minskade oavsiktliga förändringar i DNA jämfört med standardtekniken, vilket tyder på att den kan spela en roll i genterapier som kräver hög precision. Studien av forskare från Karolinska Institutets Ming Wai Lau Centre for Reparative Medicine i Hongkong publiceras i tidskriften PNAS.
CRISPR-Cas9 är ett enzym som först upptäcktes i bakterier och som kan programmeras att på en exakt plats i genomet klippa av och reparera DNA. Denna ’gensax’ kan användas för att korrigera defekta DNA-delar och testas för närvarande i kliniska prövningar för att behandla cancer, blodsjukdomar och medfödd blindhet. Teknologin kan ha potentialen att behandla tusentals genetiska sjukdomar.
I dess nuvarande form finns det dock flera utmaningar. En variant av Cas9-enzymet från bakterien Streptococcus pyogenes (SpCas9) har en hög träffsäkerhet men kan vara för stor för det virus som behövs för att leverera genredigeringspaketet till cellerna. En annan variant, Cas9-enzymet från bakterien Staphylococcus aureus (SaCas9), är mycket mindre och kan lätt få plats i en så kallad adenoassocierad virusvektor, det redskap som används för att transportera gensaxen. Denna variant är dock inte lika träffsäker som SpCas9. Oprecis genredigering kan komma att ändra DNA:t på oavsiktliga platser med potentiellt allvarliga konsekvenser.
Felträffar minskade med 90 procent
I den nuvarande studien utvecklade forskarna en modifierad variant kallad SaCas9-HF som i laboratoriemiljö signifikant förbättrade genredigeringens träffsäkerhet på 24 platser i det mänskliga genomet. SaCas9-HF minskade felträffar med omkring 90 procent för gensekvenser som är mycket lika och därför tenderar att generera en hög andel oavsiktliga redigeringar när man använder den normala varianten av enzymet, SaCas9. För gensekvenser som vanligtvis har färre redigeringsmissar hade SaCas9-HF nästan inga felträffar.
– Våra resultat visar på ett alternativ i verktygslådan till normalvarianten Cas9 – en ny SaCas9 för genredigering som kräver hög träffsäkerhet. Det nya enzymet kan vara speciellt användbart för framtida genterapi som använder adenoassocierade virusvektorer för att transportera genredigeringskomponenterna i kroppen, säger Zongli Zheng, forskarassistent vid Karolinska Institutets Ming Wai Lau Centre for Reparative Medicine i Hongkong.
Mer forskning behövs för att säkerställa att SaCas9-HF-varianten är lika träffsäker på andra celltyper. Forskarna är dock optimistiska om att tekniken går att använda på många olika typer av celler.
Effektivitet på omkring 80 procent
När det kommer till hur bra enzymet var på att modifiera de avsedda genetiska platserna hade SaCas9-HF en genomsnittlig effektivitet på 80 procent jämfört med normalvarianten, vilket forskarna anser vara jämförbart. I vissa fall kan det räcka med en redigeringseffektivitet på 10 procent för att reparera den skadade gensekvensen och återställa funktionen.
Studien finansierades av Ming Wai Lau Centre for Reparative Medicine, Vetenskapsrådet, City University of Hong Kong, National Natural Science Foundation of China, The Innovation and Technology Fund of Hong Kong Government, Hong Kong Health and Medical Research Fund, Hong Kong Research Grants Council, Shenzhen Science and Technology Innovation Fund, and Sanming Project of Medicine in Shenzhen, China.
Publikation
”Rationally engineered Staphylococcus aureus Cas9 nucleases with high genome-wide specificity”, Yuanyan Tan, Athena H. Y. Chu, Siyu Bao, Duc Anh Hoang, Firaol Tamiru Kebede, Wenjun Xiong, Mingfang Ji, Jiahai Shi, and Zongli Zheng, PNAS, online September 30, 2019, DOI: 10.1073/pnas.1906843116