Genom Düzenlemede Işık Kullanımı

MIT araştırmacıları CRISPR gen-düzenleme yaklaşımına, sistemi ışığa duyarlı hale getirerek ekstra bir katman ekledi.

CRISPR(Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats – Düzenli Aralıklarla Bölünmüş Palindromik Tekrar Kümeleri) olarak bilinen genom-düzenleme sistemi, bilim insanlarına, yaşayan bir hücre içerisindeki herhangi bir hedef geni silme ya da yenisiyle değiştirme olanağı sağlamaktadır. MIT araştırmacıları şu an, sistemi ışığa duyarlı hale getirerek, bu gen düzenleme işleminin ne zaman ve nerede gerçekleştiğini kontrol eden ekstra bir katman eklemiş durumdalar.

Yeni sistemle birlikte, gen düzenleme sadece, araştırmacılar hedef hücrelere ultraviyole ışık tuttuğunda gerçekleşiyor. Bu türden bir kontrol, bilim insanlarının, embriyonun gelişimi ya da hastalığın ilerlemesi gibi hücresel ve genetik olayların zamanlamasını daha fazla detayla çalışmalarına yardımcı olabilir. Bu en sonunda ayrıca, tümör hücreleri içerisinde yer alan ve kansere yol açan genleri kapama konusunda daha hedeflenen bir yöntem sunabilir.

MIT’den Profesör Sangeeta Bhatia, Angewandte Chemie dergisinde yeni tekniği açıklayan makalenin kıdemli yazarıdır. Makalenin baş yazarı MIT’den doktora sonrası Piyush Jain’dir.

Işık Duyarlılığı

Jain MIT’ye gelmeden önce, RNA interferans (RNA girişimi) olarak adlandırdığı bir prosesi kontrol etmek için ışığın kullanıldığı bir yöntem geliştirdi. Bu yöntem ile küçük RNA iplikleri belirli genleri bloke etmeleri için hücrelere gönderiliyor.

“O buradayken, CRISPR birdenbire ortaya çıkıverdi ve CRISPR’ı aktifleştirmek için  ışığın kullanılması konusunda çok heyecanlandı” diyor Bhatia.

CRISPR, bir DNA-kesme enzimi olan Cas9 ve bu enzimi genomun belirli bir alanına yönlendiren ve ona kesiği nereye atacağını söyleyen kısa bir RNA ipliğinin birleşiminden oluşan bir gen-düzenleme kompleksine dayanır.  Cas9 ve kılavuz RNA hücrelerin içine dağıldığında, genom içerisinde belirli bir kesme yapılır; hücrelerin DNA tamir prosesleri, kesiği geri yapıştırır fakat genin ufak bir kısmını kalıcı olarak silerek onu artık işlevsiz kılar.

Araştırmacılar, önceki ışığa-duyarlı CRISPR sistemleri oluşturma çabalarında, Cas9 enzimini değiştirdiler. Böylece enzim sadece belirli dalga boylarındaki ışığa maruz kaldığında kesmeye başladı. MIT ekibi farklı bir açıdan bakma kararı aldı ve kılavuz RNA ipliğinin bağlanımını ışığa duyarlı yaptı. İnsanlar üzerinde yapılacak gelecekteki olası uygulamalar için, bu değiştirilmiş kılavuz RNA ipliğini serbest bırakmak yerine, hedef hücrelerini ışığa-duyarlı Cas9 enzimi üretmeye programlamak daha kolay olabilir, diyor Bhatia.

“Teslim etmeyi planladığınız kargo için, ışıkla aktive edilen koruyucu haricinde hiçbir farklı şey yapmak zorunda değilisiniz. Bu, sistemi çok daha fazla modüler yapmak için bir girişimdir” diyor.

MIT ekibi RNA kılavız ipliklerini ışığa duyarlı yapmak için, omurgasına doğru ışıkla bölünebilen bağları olan DNA dizilimlerinden oluşan “koruyucuları” oluşturdu. Bu DNA iplikleri, farklı kılavuz RNA dizilimlerine bağlanmaya uygun hale getirilebilirler. Bu uygunluk, kılavuz ipliklerin genom içindeki hedeflerine bağlanmasını engelleyen bir kompleks oluşturarak sağlanabilir.

Araştırmacılar hedef hücreleri 365 nanometre dalgaboyundaki ışığa maruz bıraktığında (ultraviyole aralığında), koruyucu DNA birkaç ufak bölmeye ayrılıyor ve RNA’yı terkediyor, böylelikle RNA’nın hedef gene bağlanmasına imkân sağlıyor ve Cas9’un onu kesmesine yardımcı oluyor.

Çoklu Genleri Hedef Almak

Araştırmacılar bu çalışmada, yeşil florışıllı proteini (GFP) düzenlemeyi kontrol etmek için ışığı kullanabileceklerini gösterdiler. Proteinler için iki adet gen normal olarak hücre yüzeyinde bulunurlar ve bazı kanser türlerinde gereğinden fazla üretilirler.

“Eğer bu gerçekten genellenebilir bir şemaysa, o halde koruyucu dizilimleri farklı hedef dizilimlere karşı tasarlayabiliyor olmanız gerekir” diyor Bhatia. “Biz koruyucuları farklı genlere karşı tasarladık ve hepsinin bu şekilde ışıkla aktifleştirilebileceğini gösterdik. Ve çok sayıda deneyde karışık nüfuslu koruyucular kullanıldığında, ışığa maruz kaldıktan sonra parçalanan tek hedef, ışık-korumalı olanlardı.”

Gen düzenlemenin zamanlaması üzerindeki kesin kontrol, araştırmacılara, hastalığın ilerlemesine müdahil olan hücresel olayların zamanlaması konusunda yardımcı olabilir. Genleri kapatıp araya girmek için en iyi zamanın belirlenmesi umulmaktadır.

“CRISPR-Cas9, bilim insanlarının genlerin hücre davranışını nasıl etkilediğini çalışabilecekleri güçlü bir teknolojidir. Bu önemli gelişme, genetik değişikliker üzerinde kesin kontrole olanak verecektir. Sonuç olarak, bu çalışma bilim camiasına birçok gen düzenleme çalışmasını ilerletmek adına çok kullanışlı bir araç vermektedir” diyor Georgia Tech’den araştırmaya dahil olmayan Yar. Doc. James Dahlman.

Bhatia’nın laboratuvarı bu teknik için medikal uygulamaları takip ediyor. Olasılıklardan biri, bunu cilt kanserine dahil olan kanserli genleri kapatmak için kullanmaktır. Cilt bu girişim için iyi bir hedeftir çünkü kolaylıkla ultraviyole ışığa maruz bırakılabilir.

Ekip ayrıca, herbir RNA dizilimi için yeni bir tane tasarlama ihtiyacını eleyerek, herhangi bir kılavuz RNA ipliği üzerinde kullanılabilen, birçok hedefin tek seferde CRISPR-Cas9 bölünmesini engellemesine izin veren “evrensel bir koruyucu” üzerinde çalışıyor..

Çeviren : Gültekin METİN
http://phys.org/news/2016-08-genome.html