کنار CRISPR: RNA ویرایش توسط مصرف کردن

Thorsten Stafforst در بر داشت خود را شکست بزرگ در بدترین زمان ممکن. در سال 2012 تیم خود را در دانشگاه توبینگن در آلمان کشف کرده اند که با اتصال آنزیم به مهندسی رشته RNA آنها می تواند تغییر توالی از رسول مولکول های RNA در سلول ، در اصل آنها می تواند بازنویسی ژنوم دستورالعمل در مسیر به ساخت پروتئین است.

این روند به لحاظ نظری می تواند در خدمت برای درمان بیماری های متعدد هر دو آنهایی که با شالوده ژنتیکی و کسانی که بهره مندی از یک تغییر در مقدار یا نوع پروتئین تولید می شود. اما Stafforst تا به حال بسیاری از مشکلات این کشف منتشر شده—آن را به سادگی جالب نیست هر بیشتر. خود پیدا کردن تحت الشعاع قرار بود با کشف چند ماه پیش از آن است که DNA-ابزار ویرایش CRISPR–Cas9 می تواند مورد استفاده قرار گیرد به طور دائم تغییر ژنوم.

پس از CRISPR تبدیل به یک ثابت در آزمایشگاه و باعث شده است تعدادی از شرکت ها با هدف استفاده از فن آوری برای توسعه مواد مخدر و درمان است. با CRISPR مکیدن تا تمام توجه Stafforst می گوید: مردم در واکنش به مقاله خود را با بی تفاوتی. آنها پرسید: “چرا ما باید این وقتی DNA ویرایش؟”

اما CRISPR در حال ویرایش—حداقل به عنوان یک روش درمانی در افراد—دارای تبدیل به سخت تر از در ابتدا فکر می کردم. محققان مستند راه هایی که Cas9 یکی از آنزیم های مورد استفاده در ژن CRISPR در حال ویرایش می تواند باعث پاسخ ایمنی بدن و یا باعث تغییرات تصادفی به ژنوم خواهد بود که دائم. RNA ویرایش در مقابل می تواند اجازه می دهد پزشکان به طور موقت رفع است که از بین بردن جهش در پروتئین توقف تولید آنها و یا تغییر راه که آنها در اندام های خاص و بافت. چرا که سلول ها به سرعت کاهش استفاده نشده رنس هر گونه خطا و معرفی یک, درمان خواهد بود شسته و به جای ماندن با یک فرد برای همیشه لطفا برای.

هیجان بیش از RNA ویرایش در نهایت در ابتلا به. در سال 2019 محققان منتشر شده بیش از 400 مقاله در این موضوع با توجه به داده ها از Scopus انتزاعی و در پایگاه استنادی. یک تعداد انگشت شماری از راه اندازی شرکت ها شروع به استفاده از RNA-سیستم های ویرایش برای توسعه درمان های بالقوه برای همه چیز از بیماری های ژنتیکی مانند دیستروفی عضلانی به طور موقت بیماریها مانند درد حاد. و اگر چه RNA مبتنی بر مواد مخدر باید به سختی برای رسیدن به بازار با توجه به چالش های موجود در تحویل و تحمل برخی از مصوبات قانونی در چند سال گذشته ممکن است برای کمک به هموار کردن راه برای RNA-ویرایش درمان.

موانع متعددی باقی می ماند: فن آوری های فعلی می تواند تغییر توالی RNA در تنها چند محدود روش و سیستم به کار به عنوان در نظر گرفته شده در بدن انسان ثابت خواهد کرد به چالش کشیدن. هنوز هم محققان امیدوارند که فن آوری های جدید مانند پروتئین مهندسی و روش های بهبود یافته برای ارائه RNA به سلول ها کمک می کند برای غلبه بر این محدودیت ها است. “این واقعا باز جهان ما قبل از دیده نمی شود,” Stafforst می گوید.

نقش RNA

یک بنیادی شعار در ژنتیک مولکولی—مرکزی آن دگم بود که همراه ماشین آلات صادقانه transcribes اطلاعات ژنتیکی از دو رشته DNA الگو را به یک RNA تک رشته مسنجر است که پس از ترجمه به یک پروتئین است. اما در سال 1980 تعداد انگشت شماری از آزمایشگاه متوجه شده است که برخی از mRNA متن موجود تغییر داده و یا نامه های اضافی که کد گذاری شده در DNA. یافته های بحث برانگیز شد تا دانشمندان کشف خانواده ای از آنزیم ها به نام آدنوزین deaminases اقدام به RNA (ADARs). این پروتئین ها با اتصال به رنس و تغییر توالی خود را با تغییر یک آشنا پایه شناخته شده به عنوان آدنوزین به یک مولکول به نام اینوزین. اگر چه نه یکی از متعارف RNA پایگاه اینوزین است توسط سلول های پروتئین-ترجمه ماشین آلات به عنوان آشنا guanosine. یک تعداد انگشت شماری از دیگر RNA-ویرایش آنزیم ظاهر در حدود همان زمان.

دانشمندان تلاش بیش از سه دهه گذشته به درک آنچه که دقیقا RNA ویرایش انجام شده است. سردبیران کار تنها در دو رشته رنس که گاهی اوقات نشان می دهد تا در سلول به عنوان عناصر نظارتی—و یا به عنوان ویروس. برخی بر این باورند که این اژدر پروتئین تکامل به عنوان یک دفاع در برابر ویروس ها, اما بسیاری از ویروس ها با double-stranded RNA هستند تحت تاثیر آنزیم ها. ویرایش ممکن است در خدمت یک عملکرد نظارتی, اما بسیاری از بزرگسالان بافت را تولید نمی کند سطح بالایی از پروتئین های مورد نیاز برای ویرایش به رخ می دهد.

برندا باس, یک زیست شیمیدان در دانشگاه یوتا در سالت لیک سیتی در میان اولین برای شناسایی ADARs در جنین قورباغه. او می گوید که هیچ کس یک نقش خاص برای تغییرات ساخته شده به غیر از پروتئین-برنامه نویسی رنس که حساب برای اکثریت ویرایش مولکول. این ویرایش می تواند در خدمت به حفاظت از double-stranded Rna از حمله به سیستم ایمنی. باس مظنون است که ADARs ویرایش در این دو رشته متن اضافه inosines به عنوان یک راه برای گفتن بدن به ترک آنها را به تنهایی. این آنزیم همچنین به نظر می رسد که نقش مهمی در توسعه جنینی: موش هایی که فاقد اژدر ژن مرگ قبل از تولد یا زندگی نمی کنند ، ویراستاران نیز به نظر می رسد به برخی از تابع در انتخاب بافت بالغ موجودات—از جمله سیستم عصبی یادبود.

این فعالیت به خود جلب کرد که زیست شناس دریایی جاشوا روزنتال به RNA ویرایش در اوایل 2000s. به نظر می رسد که بسیار باهوش یادبود مانند ماهی مرکب ده پا و اختاپوس استفاده از RNA ویرایش گسترده به تنظیم ژن های درگیر در عصب-همراه توسعه و انتقال سیگنال. دیگر حیوانات شناخته شده است با استفاده از RNA ویرایش در این راه است. با الهام از این مشاهدات روزنتال تعجب که آیا آن را ممکن است برای استفاده از این سیستم برای درست پیام های تولید شده توسط ناکارآمد ژن درمانی تنظیم. در سال 2013 گروه خود در دانشگاه پورتوریکو در سن ژوئن مهندسی مجدد اژدر آنزیم متصل شده و آنها را به راهنمای رنس که با اتصال به یک نقطه خاص در یک mRNA—ایجاد دو رشته. با این آنها را قادر به ویرایش متن در جنین قورباغه و حتی در سلول های انسانی در فرهنگ است.

شبیه به Stafforst, روزنتال در حال حاضر در دریایی بیولوژیکی در آزمایشگاه وودز هول ماساچوست شاهد انتشار خود را عمدتا نادیده گرفته شده است. یک سرنوشت مشابه او آموخته تا به حال اتفاق افتاده کار محققان در یک شرکت به نام Ribozyme که در سال 1995 پیشنهاد ‘ویرایش درمانی’ از جهش یافته توالی RNA با قرار دادن مکمل توالی به قورباغه جنین و اجازه می دهد ADARs ویرایش در نتیجه دو رشته مولکول و درست جهش.

اما در چند سال گذشته چندین عوامل همگرا به روزنتال و Stafforst یافته است به جلو. پیتر Beal یک شیمیدان در دانشگاه کالیفرنیا دیویس می گوید که سال 2016 انتشار ساختار مولکولی اژدر محدود به double-stranded RNA ساخته شده است این سیستم قابل فهم تر و فعال دانشمندان به بهتر مهندس آنزیم به منظور افزایش خود را تحویل و یا آن را کارآمد تر. و در سال 2018 به ما غذا و داروی آمریکا (FDA) مورد تایید اولین درمان با استفاده از مداخله RNA (RNAi): یک روش که در آن یک قطعه کوچک از RNA است که وارد یک سلول که در آن متصل می شود به مادری mRNAs و عجله تخریب است. تصویب باز درب برای درمان های دیگر که شامل mRNA تعاملات می گوید جرارد Platenburg مدیر ارشد نوآوری افسر ProQR درمان در لیدن هلند است که به دنبال انواع RNA-درمانهای مبتنی بر. “یادگیری از گذشته و با تعدادی از مصوبات چیدن زمینه بالغ شده است بسیاری می گوید:” Platenburg.

بسیاری از RNA ویرایش به عنوان جایگزین مهم برای DNA ویرایش با استفاده از تکنیک های مانند CRISPR. تکنولوژی CRISPR در حال بهبود است اما DNA ویرایش می تواند باعث جهش ناخواسته در دیگر بخش هایی از ژنوم—خاموش-هدف اثر ” —که ممکن است به ایجاد مشکلات جدید.

روزنتال انتظار دارد علاوه بر این که RNA ویرایش را به اثبات مفید برای بیماری بدون منشاء ژنتیکی. او در حال حاضر با استفاده از ADARs به ویرایش بيان ژن برای ژن کد کانال سدیم Nav1.7 که کنترل چگونه درد سیگنال ها به مغز منتقل می. به طور دائم در حال تغییر Nav1.7 ژن از طریق DNA ویرایش می تواند از بین بردن توانایی احساس درد و مختل دیگر لازم است عملکرد این پروتئین در سیستم عصبی اما تنظیم آن را از طریق RNA ویرایش در انتخاب بافت برای یک مقدار محدود از زمان می تواند کمک به کاهش درد و بدون خطر وابستگی یا اعتیاد در ارتباط با مسکن متعارف.

به طور مشابه, ویرایش RNA می تواند اجازه می دهد تا محققان به تقلید مولفه های ژنتیکی است که ارائه یک مزیت سلامت. برای مثال افراد مبتلا به برخی از جهش در ژن PCSK9که تنظیم کلسترول در خون تمایل به پایین آوردن سطح کلسترول و اصلاح PCSK9 mRNA می تواند مشورت مشابه استفاده به طور دائم و بدون اخلال پروتئین دیگر توابع. Immunologist نینا Papavasiliou از مرکز تحقیقات سرطان آلمان در هایدلبرگ می گوید که RNA ویرایش می تواند مورد استفاده برای مبارزه با تومور. برخی از سرطان ها ربودن مهم مسیرهای سلول سیگنالینگ از جمله کسانی که درگیر در مرگ سلولی و یا گسترش. اگر RNA ویراستاران می تواند اجباری برای خاموش کردن کلید مولکول های سیگنالینگ به طور موقت به او می گوید: “ما می توانید ببینید تومور می میرند”. سپس بیمار می تواند به توقف درمان اجازه می دهد مسیر به رزومه عملکرد طبیعی خود را.

به عنوان یک درمان RNA ویرایش ممکن است کمتر احتمال دارد به علت یک برنامه به طور بالقوه خطرناک واکنش ایمنی بدن نسبت به CRISPR روش های مبتنی بر. بر خلاف DNA-ویرایش آنزیم Cas9 که می آید از باکتری ADARs انسان هستند پروتئین است که اصلا باعث یک حمله از سیستم ایمنی بدن است. “شما واقعا نمی نیاز به ماشین آلات سنگین به هدف RNA می گوید:” Prashant مالی یک bioengineer در دانشگاه کالیفرنیا در سن دیگو ،

در یک مقاله منتشر شده در سال گذشته مالی و همکارانش تزریق راهنمای رنس به موش های متولد شده با یک جهش ژنتیکی است که باعث دیستروفی عضلانی. راهنمای رنس طراحی شده بودند را به دنبال تولید یک پروتئین از دست رفته به نام dystrophin. اگر چه سیستم ویرایش شده تنها مقدار کمی از RNA را پشتیبانی می کند dystrophin آن را ترمیم پروتئین به حدود 5 درصد از سطح طبیعی خود در حیوانات’ بافت های عضلانی مقدار نشان داده است که پتانسیل درمانی.

در سایر بیماری ها که نتیجه را از دست رفته و یا ناکارآمد پروتئین مانند برخی از انواع haemophilia “این باعث می شود یک تفاوت بزرگ برای رفتن از چیزی به چیزی” Stafforst می گوید و آن را نمی ممکن است لازم برای ویرایش RNA در هر سلول در بدن است. RNA ویرایش ممکن است انجام بهتر از انواع ژن درمانی است که شامل تزریق یک ژن جدید. مالی و برخی دیگر می گویند که کارگردانی بومی ADARs به کار بر روی تلفن همراه خود را بيان ژن ممکن است به ارائه یک پاسخ طبیعی نسبت به معرفی یک خارجی مهندسی ژن است.

RNA-ویرایش تکنولوژی دور از کامل است حتی وقتی که می آید به برنامه های کاربردی آزمایشگاه. “این است که اوایل روز” باس می گوید. “وجود دارد مقدار زیادی از سوالات.” چون ADARs بسیار کارآمد کمتر از CRISPR آنها می تواند کمتر مفید برای ساخت اصلاح ژنتیکی گیاهان و حیوانات. “به عنوان یک ابزار تحقیقاتی آن را بسیار محدود کننده می گوید:” بیلی جین لی یک متخصص ژنتیک در دانشگاه استنفورد در کالیفرنیا است.

یکی دیگر از نقطه ضعف عمده این است که ADARs می توانید تنها با چند نوع تغییر به RNA. سیستم CRISPR به عنوان قیچی برش DNA در یک نقطه تعیین شده و حذف و یا قرار دادن یک رشته جدید; ADARs بیشتر شبیه به یک بازنویسی تابع است که تغییرات حروف شیمیایی بدون شکستن مولکول RNA را “ستون فقرات’.

اگر چه این فرآیند کمتر به احتمال زیاد به علت ناخواسته جهش آن محدودیت ها را به ایجاد تغییرات خاص—آدنوزین به اینوزین در مورد ADARs و cytosine به uridine توسط مجموعه ای از آنزیم ها به نام APOBECs (نگاه کنید به ‘RNA اصلاحات’). وجود دارد چند امکانات دیگر. انگور و گیاهان برای مثال می توانید تغییر cytidines به uridines و برخی از تومورها می تواند تغییر guanosines به adenosines. “تنوع زیستی است که ما به تن از پاسخ به این چیزها” روزنتال می گوید. “من فکر می کنم پایین خط چیزهایی مانند ماهی مرکب در حال رفتن به یاد ما نیست.” اما او می گوید این زمینه است understudied—محققان درک نمی روند که همواره این ویرایش. و آن باقی مانده است دیده شود که آیا یک گیاه آنزیم به عنوان مثال می تواند در عملکرد سلول های انسان است.

دانشمندان در حال حاضر به دنبال راه هایی برای مهندس آنزیم جدیدی است که می تواند گسترش RNA-قابلیت ویرایش. “این کاملا یک فرایند که در آن شما نمی دانید که آنچه شما می خواهید پیدا کنید می گوید:” عمر Abudayyeh یک بیولوژیکی مهندس در موسسه تکنولوژی ماساچوست (MIT) در کمبریج. کار با فنگ ژانگ یک CRISPR پیشگام در MIT Abudayyeh و همکاران خود در ارتباط یک اژدر به آنزیم Cas13. یک آنزیم باکتریایی مشابه به CRISPR-همراه پروتئین Cas9, Cas13 کاهش RNA به جای DNA. محققان تغییر توالی از اژدر تا زمانی که آن را می تواند تبدیل cytidines به uridines. آنها سپس با استفاده از سیستم جدید در سلول های انسانی به تغییر پایگاه در mRNAs کد شده توسط ژن های متعددی از جمله APOE. یکی به طور طبیعی اتفاق می افتد, ژنتیک نوع از این ژن مرتبط با بیماری آلزایمر و ویرایش آن می تواند تغییر نوع به ضرر فرم.

Abudayyeh و MIT همکار بیولوژیکی مهندس Jonathan Gootenberg اعتراف ممکن است که تغییر اژدر پروتئین می تواند سیستم ایمنی بدن برای جلوگیری از به رسمیت شناختن آن به عنوان یک طبیعی انسان پروتئین و حمله به سلول که حاوی آن است. اما آنها می گویند که به دلیل این تغییرات کوچک هستند این خطر محدودتر بعدی شناخته شده به نگرانی در مورد سیستم ایمنی بدن حمله Cas13 یا ویروس مورد استفاده برای ارائه ابزار ویرایش به سلول.

محققان وعده در یک روند طبیعی به نام pseudouridylation که در آن مجموعه ای از پروتئین و RNA آنزیم های شیمیایی تغییر ساختار uridines در mRNA. بر خلاف اژدر تغییرات pseudouridylation تغییر نمی کند توالی mRNA ژن یا پروتئین است. در عوض به دلایلی که هنوز کاملا روشن, روند تثبیت مولکول RNA و باعث می شود ماشین آلات ترجمه برای نادیده گرفتن سیگنال های آموزش آن برای جلوگیری از ساخت پروتئین است.

توانایی به نوبه خود این مولکولی چراغ قرمز به چراغ سبز می تواند قدرتمند باشد. Yi-Tao یو, یک زیست شیمیدان در دانشگاه روچستر در نیویورک می گوید که صدها نفر از بیماری های ژنتیکی ناشی از جهش DNA که ایجاد نادرست توقف سیگنال در mRNAs و در نتیجه کوتاه پروتئین که عمل نمی کند به طور معمول در بدن است. “لیست بسیار طولانی” یو می گوید و شامل فیبروز کیستیک چشم بیماری Hurler سندرم و بسیاری از سرطان ها.

با وجود آن محققان و سرمایه گذاران بیوتکنولوژی—هیجان زده در مورد گسترده ای بالقوه از RNA در حال ویرایش. “من به آن راه قبل از آن را خنک می گوید:” Papavasiliou که در تلاش است تا نقشه که در آن طبیعی ADARs کار در بدن است. “برای سال های بسیاری از این مرداب و ناگهان وجود یک شرکت ظاهر هر دو هفته.”

متعدد شروع یو پی اس و تاسیس DNA-ویرایش شرکت اعلام کرد قصد خود را به حرکت به RNA. آنها عبارتند از پرتو درمان در بوستون, ماساچوست بود که شرکت تاسیس شده توسط ژانگ و لیو و در حال توسعه شده است CRISPR DNA ویرایش به عنوان یک درمان برای چند خون بیماری است. Locana مستقر در سان Diego است و همچنین به دنبال CRISPR مبتنی بر RNA در حال ویرایش است که به آن امید می تواند درمان از جمله موتور نورون بیماری و بیماری هانتینگتون.

چالش برای صنعت به کار کردن بهترین راه برای دریافت راهنمای رنس به سلول بدون تحریک یک واکنش ایمنی بدن و یا باعث سلول به تنزل آنها. Beal می گوید که این می تواند شامل ساخت استراتژیک شیمیایی تغییرات به مهندسی رنس که ثبات آنها و یا تعبیه آنها در یک نانوذره یا ویروس است که می تواند دزدکی حرکت کردن به داخل سلول.

و اگر چه ADARs در حال حاضر در انسان سلول های بدن انسان باعث می شود تنها مقدار کمی از آنها را در بسیاری از بافت ها به این معنی است که هر گونه درمان ممکن است نیاز به اضافه کردن ADARs یا سایر آنزیم ها به افزایش سلول های با قابلیت ویرایش. بسته بندی ویروس ها با ژن که رمز همه ماشین آلات مورد نیاز برای ویرایش RNA ممکن است کارآمد. بسیاری امیدواریم که آن را لازم نخواهد بود.

Platenburg امید برای اضافه کردن رنس و تکیه بر این به طور طبیعی اتفاق می افتد ADARs برای کمک به درست حروف mRNAs که منجر به اختلالات شبکیه. “ما با استفاده از این سیستم به ما داده شده توسط طبیعت و مهار آن,” او می گوید.

محققان از جمله Stafforst مهندسی هستند راهنمای رنس با تغییرات شیمیایی که جذب ADARs در سلول به ویرایش سایت. اما برخی از محققان نگران هستند که conscripting طبیعی ADARs به ویرایش خاص mRNAs می تواند آنها را به دور از وظایف عادی و باعث مشکلات بهداشت و سلامت دیگر. تغییر بیان ژن در یک قسمت از بدن می تواند بر دیگر بخش های پیش بینی نشده راه. در مالی عضلانی-دیستروفی مطالعه برای مثال موش های توسعه یافته مشکلات کبدی به دلایل ناشناخته است. “این یک ابزار در توسعه هنوز,” او می گوید.

“اژدر تکامل یافته اجازه می دهد تا بدن به تغییر پایگاه های بسیار هدفمند مد می گوید:” Nessan Bermingham مدیر ارشد اجرایی و بنیانگذار شرکت با روزنتال و دیگران از شرکت بیوتکنولوژی Korro زیستی در کمبریج ماساچوست است. Bermingham است که خوش بینانه در مورد چشم انداز از RNA ویرایش اما محتاط به پیش از زیست شناسی. “ما مقدار زیادی از کار را به انجام به عنوان ما شروع به این تکنیک” او می گوید. “ما هر چیزی را ترک کردن جدول است اما ما باید به رسمیت شناختن محدودیت های خاصی است.”

این مقاله تکثیر با کسب اجازه شد و برای اولین بار منتشر شده در فوریه 4 سال 2020 است.

tinyurlis.gdv.gdv.htu.nuclck.ruulvis.netshrtco.detny.im