Új genomszerkesztő eszközök: a Prime Editing és a SeekRNA

A Prime Editing és a SeekRNA új korszakot hirdet a genomszerkesztésben, potenciálisan felülmúlva a széles körben használt CRISPR-Cas9 technológiát pontosságban és rugalmasságban. Ezek a fejlett eszközök csökkentett céltévesztő hatásokat és minimális mellékhatásokat kínálnak a kettős szálú szakadásokra támaszkodó módszerekhez képest, lehetővé téve a rendkívül specifikus DNS-szekvencia beillesztéseket vagy törléseket.

A Prime Editing, amelyet David Liu csapata fejlesztett ki a Broad Institute-ban, egy módosított Cas9 enzimet használ, amelyet úgy terveztek, hogy csak egyetlen DNS-szálat vágjon el ("nickase"). Egy prime editing guide RNS-sel (pegRNA) együtt működik, amely mind a szerkesztőt a célhelyre irányítja, mind pedig egy RNS-templátot tartalmaz a kívánt szerkesztéshez. Egy reverz transzkriptáz enzim, amely a nickase-hez van kapcsolva, ezután szintetizálja az új DNS-szálat közvetlenül az RNS-templátról, és beépíti azt a bevágott helyre. Ez a "keresés és csere" mechanizmus jelentősen csökkenti a kettős szálú szakadásokkal (DSB-k) gyakran összefüggő nem kívánt mutációk kockázatát, nagyobb pontosságot kínálva a specifikus genetikai szekvenciák célzásában a hagyományos CRISPR-Cas9-hez képest, amely jellemzően DSB-ket hoz létre, amelyeket potenciálisan hibás sejtútvonalak javítanak.

• Sokoldalúság: A Prime Editing elméletileg képes korrigálni az ismert patogén humán genetikai variánsok körülbelül 89%-át, azon képességén alapulva, hogy különféle típusú szerkesztéseket hajtson végre, mint például pontmutációk és kis beillesztések/törlések.
• Sikeres tesztek: A technológiát sikeresen bemutatták emberi és egérsejtekben, korrigálva a sarlósejtes vérszegénység és a Tay-Sachs-kór betegségekért felelős mutációkat sejtes modellekben.

A SeekRNA, amelyet a Sydney-i Egyetem kutatói is fejlesztettek, egy programozható RNS-szálat használ egy másik típusú molekuláris gép irányítására a genetikai szekvencia beillesztéséhez. Gyakran alkalmaz egy kompakt fehérjét (például az IscB-t, a Cas9 ősét), amelyet reverz transzkriptázhoz kapcsoltak. Az RNS által irányítva ez a komplex azonosítja a cél DNS-helyet, és közvetlenül szintetizál és integrál egy új DNS-szekvenciát egy RNS-molekuláról sablonozva, gyakran transzpozonázszerű mechanizmust használva. Ennek a megközelítésnek az a célja, hogy egyszerűsítse a szerkesztési folyamatot, és potenciálisan csökkentse a hibákat a CRISPR-hez képest, mivel viszonylag önálló egységként működhet a célzott DNS-beillesztéshez DSB-k indukálása nélkül.

• Hatékony bevitel: A SeekRNA rendszerek viszonylag kompaktak lehetnek (például a kisebb IscB fehérje használatával a Cas9-hez és egy vezető/sablon RNS-hez képest), potenciálisan megkönnyítve a sejtekbe való bevitelüket biológiai nanoméretű hordozók, például vezikulák vagy lipid nanorészecskék segítségével.
• Ígéretes eredmények: A technológia sikeres célzott DNS-beillesztést mutatott baktériumokban, és folyamatban van a kutatás, amelynek célja, hogy komplexebb eukarióta sejtekben, köztük emberi sejtekben is alkalmazzák.

Bár a CRISPR-Cas9 forradalmasította a géntechnológiát, korlátai vannak, elsősorban a céltévesztő mutációk kockázata és a kettős szálú DNS-szakadások javításából eredő nem szándékos beillesztések vagy törlések (indelek) a célhelyen. A Prime Editing és a SeekRNA célja ezen problémák kiküszöbölése. A Prime Editing minimalizálja a kockázatot azáltal, hogy csak egy DNS-szálat vág be. A SeekRNA egy különálló mechanizmust használ, amely RNS-irányítású reverz transzkripciót és integrációt foglal magában, szintén elkerülve a DSB-k szükségességét a célzott beillesztésekhez. A DSB-k elkerülése kulcsfontosságú, mivel a DSB-javítás, különösen a nem homológ végződések összekapcsolása (NHEJ) útvonalon keresztül, kiszámíthatatlan és potenciálisan káros mutációkat vagy nagyobb kromoszomális változásokat okozhat.

A pontosság, a rugalmasság és a biztonság terén elért fejlődés a Prime Editing és a SeekRNA technológiákat a CRISPR-Cas9 rendkívül ígéretes alternatívájaként vagy kiegészítőjeként pozicionálja. Potenciált hordoznak az orvostudományban (genetikai rendellenességek terápiáinak fejlesztése), a mezőgazdaságban (növénytermesztés javítása) és a biotechnológiai kutatásban való széles körű alkalmazásokhoz. Bár sok alkalmazás, különösen a terápiás alkalmazások, a fejlesztés korábbi szakaszában vannak, mint néhány, már klinikai vizsgálatokban lévő CRISPR-alapú terápia, ezek az újabb eszközök izgalmas lehetőségeket nyitnak meg a genetikai betegségek kezelésére és a kutatás előrehaladására különböző területeken azáltal, hogy hatékonyabb és megbízhatóbb genetikai módosításokat tesznek lehetővé, potenciálisan kevesebb nem szándékos következménnyel.