Forskeres forskning i RNA-redigering belyser mulige livreddende behandlinger for genetiske sygdomme

Et hold ved Montana State University offentliggjorde denne måned forskning, der viser, hvordan RNA, den tætte kemiske fætter til DNA, kan redigeres ved hjælp af CRISPR'er. Arbejdet afslører en ny proces i menneskelige celler, der har potentiale til at behandle en lang række genetiske sygdomme.

Postdoktorale forskere Artem Nemudryi og Anna Nemudraia udførte forskningen sammen med Blake Wiedenheft, professor ved Institut for Mikrobiologi og Cellebiologi ved MSU's College of Agriculture. Artiklen med titlen "Repair of CRISPR-guided RNA breaks enables site-specific RNA excision in human cells," blev offentliggjort online den 25. april i tidsskriftet Science og udgør det seneste fremskridt i teamets igangværende udforskning af CRISPR-applikationer til programmerbar genteknologi.

CRISPR, som står for Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, er en type immunsystem, som bakterier bruger til at genkende og bekæmpe vira. Wiedenheft, en af ​​landets førende CRISPR-forskere, sagde, at systemet har været brugt i årevis til at skære og redigere DNA, men at anvendelse af lignende teknologi til RNA er uden fortilfælde.

DNA-redigering bruger et CRISPR-associeret protein kaldet Cas9, mens redigering af RNA kræver brug af et andet CRISPR-system, kaldet type-III.

"I vores tidligere arbejde brugte vi type III CRISPR'er til at redigere viralt RNA i et reagensglas," sagde Nemudryi. "Men vi spekulerede på, kan vi programmere manipulation af RNA i en levende menneskelig celle?"

For at udforske det spørgsmål programmerede holdet type III CRISPR-proteiner til at skære RNA indeholdende en mutation, der forårsager cystisk fibrose, og genoprette cellefunktionen.

"Vi var sikre på, at vi kunne bruge disse CRISPR-systemer til at skære RNA på en programmerbar måde, men vi blev alle overraskede, da vi sekventerede RNA'et og indså, at cellen havde syet RNA'et sammen igen på en måde, der fjernede mutationen," sagde Wiedenheft.

Nemudryi bemærkede, at RNA er forbigående i cellen; det bliver konstant ødelagt og erstattet.

"Den generelle overbevisning er, at der ikke er meget mening i at reparere RNA," sagde han. "Vi spekulerede i, at RNA ville blive repareret i levende menneskelige celler, og det viste sig at være sandt."

Wiedenheft har vejledt de to postdoktorale forskere siden deres ankomst til MSU for næsten seks år siden og sagde, at virkningen af ​​deres videnskabelige bidrag vil føre til betydelige og fortsatte fremskridt.

"Arbejdet udført af Artem og Anna tyder på, at RNA-reparation kan være et grundlæggende aspekt af biologi, og at udnyttelse af denne aktivitet kan føre til nye livreddende kure," sagde Wiedenheft. "Artem og Anna er to af de mest geniale videnskabsmænd, jeg nogensinde har mødt, og jeg er overbevist om, at deres arbejde vil have en varig indvirkning på menneskeheden."

RNA-redigering har vigtige anvendelser i søgningen efter behandlinger af genetiske sygdomme, sagde Nemudryi. RNA er en midlertidig kopi af en celles DNA, som tjener som skabelon. Manipulering af skabelonen ved at redigere DNA kan forårsage uønskede og potentielt irreversible sikkerhedsændringer, men fordi RNA er en midlertidig kopi, sagde han, er redigeringer i det væsentlige reversible og indebærer langt mindre risiko.

"Folk brugte Cas9 til at bryde DNA og studere, hvordan celler reparerer disse brud. Så, baseret på disse mønstre, forbedrede de Cas9-editorer," sagde Nemudraia. "Her håber vi, at det samme vil ske med RNA-redigering. Vi har skabt et værktøj, der giver os mulighed for at studere, hvordan cellerne reparerer deres RNA, og vi håber at bruge denne viden til at gøre RNA-editorer mere effektive."

I den nye publikation viser holdet, at en mutation, der forårsager cystisk fibrose, med succes kan fjernes fra RNA'et. Men dette er kun én af tusindvis af kendte mutationer, der forårsager sygdom. Spørgsmålet om, hvor mange af dem, der kan løses med denne nye RNA-redigeringsteknologi, vil lede det fremtidige arbejde for Nemudryi og Nemudraia, når de afslutter deres postdoc-uddannelse på MSU og forbereder sig til fakultetsstillinger ved University of Florida til efteråret. Begge krediterede Wiedenheft som en livsændrende mentor.

"Blake lærte os ikke at være bange for at teste nogen ideer," sagde Nemudraia. "Som videnskabsmand bør du være modig og ikke være bange for at fejle. RNA-redigering og reparation er terra incognita. Det er skræmmende, men også spændende. Du føler, at du arbejder på kanten af ​​videnskaben og skubber grænserne til, hvor ingen har været før."

Flere oplysninger: Anna Nemudraia et al., Reparation af CRISPR-guidede RNA-brud muliggør stedspecifik RNA-udskæring i humane celler, Science (2024). DOI:10.1126/science.adk5518

Journaloplysninger: Videnskab

Leveret af Montana State University