CRISPR Cas9’dan Sonra Cas7-11 Gelişmesi

Bakteriyel bağışıklık sistemleri arasındaki çeşitliliği araştıran McGovern Enstitüsü bilim insanları, RNA'yı hassas bir şekilde hedeflemek ve değiştirmek için programlanabilir bir sistem ortaya çıkardılar. MIT'nin McGovern Beyin Araştırmaları Enstitüsü'ndeki araştırmacılar, bilim insanlarının CRISPR araç setini genişletebileceklerini söyledikleri bakteriyel bir enzim keşfettiler ve şimdiye kadar sadece DNA düzenlemesi için mevcut olan hassasiyetle RNA'yı kesmeyi ve düzenlemeyi kolaylaştırdılar. Cas 7-11 adı verilen enzim, hücrelere zarar vermeden RNA hedeflerini değiştirir, bu da değerli bir araştırma aracı olmasının yanı sıra terapötik uygulamalar için verimli bir platform sağladığını gösterir.

McGovern Üyesi Omar Abudayyeh, DNA düzenlemesini hızlı, ucuz ve kesin hale getirerek modern biyolojide devrim yaratan DNA kesen CRISPR enzimine atıfta bulunarak, “Bu yeni enzim RNA'nın Cas9'u gibidir.” diyor. “İki kesin kesim yaratıyor ve diğer enzimler gibi işlemdeki hücreyi yok etmiyor.” diye ekliyor. Şimdiye kadar, RNA hedefleme uygulamaları için yalnızca bir RNA hedefleme enzimi ailesi olan Cas13 enzimi kapsamlı bir şekilde geliştirilmiştir. Bununla birlikte, Cas13 hedefini tanıdığında, hücredeki tüm RNA’ları parçalayarak hücreyi yol boyunca yok eder. Cas9 gibi Cas7-11 de programlanabilir bir sistemin parçasıdır; bir CRISPR kılavuzu kullanılarak belirli RNA hedeflerine yönlendirilebilir. Abudayyeh, McGovern Üyesi Jonathan Gootenberg ve meslektaşları, mikrobiyal dünyada bulunan CRISPR sistemlerinin derinlemesine araştırılmasıyla Cas7-11'i keşfettiler. Bulguları yakın zamanda Nature dergisinde bildirildi.

Diğer CRISPR proteinleri gibi Cas7-11 de bakteriler tarafından virüslere karşı savunma mekanizması olarak kullanılır. Yeni bir virüsle karşılaştıktan sonra, CRISPR sistemini kullanan bakteriler, patojenin genetik materyalinin küçük bir parçası şeklinde enfeksiyonun kaydını tutarlar. Bu virüs tekrar ortaya çıkarsa, viral genomu yok etmek ve enfeksiyonu ortadan kaldırmak için küçük bir RNA parçası tarafından yönlendirilen CRISPR sistemi aktive edilir. Bu eski bağışıklık sistemleri yaygın ve çeşitlidir, farklı bakteriler viral istilacılarına karşı koymak için farklı proteinler dağıtır.

Abudayyeh, Gootenberg ve Koonin, CRISPR sistemlerinin doğal çeşitliliği hakkında bilgi edinmek ve bunları potansiyel araçlar açısından benimsemek için genom dizilerini araştırıyorlar. Fikir, Abudayyeh'e göre, evrimin protein makinelerinin mühendisliğinde zaten yapmış olduğu çalışmalardan yararlanmak. “Ne bulacağımızı bilmiyoruz,” diyor Abudayyeh, “ama hadi keşfedelim ve orada ne olduğunu görelim.”

Ekip, farklı bakteri savunma sistemlerinin bileşenlerini incelemek için halka açık veritabanlarını incelerken, Tokyo Körfezi'nden izole edilmiş bir bakteriden gelen bir protein dikkatlerini çekti. Amino asit dizisi, hedeflerini bulmak ve parçalamak için büyük, çok proteinli makineler kullanan bir CRISPR sistemleri sınıfına ait olduğunu gösterdi. Ancak bu protein, işi kendi başına yürütmek için gereken her şeye sahip görünüyordu. Koonin, DNA düzenlemesi için yaygın olarak kabul edilen Cas9 proteini de dahil olmak üzere bilinen diğer tek proteinli Cas enzimlerinin ayrı bir CRISPR sistemleri sınıfına ait olduğunu, ancak Cas7-11'in CRISPR sınıflandırma sisteminin sınırlarını bulanıklaştırdığını söylüyor.

Ekibin sonunda Cas7-11 adını verdiği enzim, mühendislik açısından cazipti, çünkü tek proteinlerin hücrelere verilmesi ve karmaşık muadillerinden daha iyi araçlar üretmesi daha kolaydı. Ancak kompozisyonu beklenmedik bir evrim tarihine de işaret ediyordu. Ekip, evrim yoluyla, daha karmaşık bir Cas makinesinin bileşenlerinin Cas7-11 proteinini yapmak için bir araya geldiğine dair kanıt buldu. Gootenberg bunun hakkında, “Daha önce kuşların uçan tek hayvan olduğunu varsaydığınızda bir yarasa keşfetmeye eşittir, böylece uçuş için birden fazla evrimsel yol olduğunu kabul eder. Bu sistemlerin hem işlevsel hem de evrimsel olarak nasıl düşünüldüğünün manzarasını tamamen değiştiriyor.” diyor.

Gootenberg ve Abudayyeh, Cas7-11 proteinini laboratuvarlarında üretip denemeye başladıklarında, bu olağandışı enzimin RNA'yı manipüle etmek ve incelemek için güçlü bir araç sunduğunu fark ettiler. Onu bir RNA kılavuzu ile birlikte hücrelere soktuklarında, diğer RNA'ları rahatsız etmeden bırakırken hedeflerini kıstırarak son derece hassas kesimler yaptı. Bu, genetik mutasyonların getirdiği hataları düzelterek RNA kodundaki belirli harfleri değiştirmek için Cas7-11'i kullanabilecekleri anlamına geliyordu. Ayrıca Cas7-11'i hücrelerin içindeki belirli RNA moleküllerini stabilize etmek veya yok etmek için programlayabildiler, bu da onlara bu RNA’lar tarafından kodlanan proteinlerin seviyelerini ayarlama yeteneği verdi.

Abudayyeh ve Gootenberg ayrıca, Cas7-11'in RNA'yı kesme yeteneğinin, programlanmış hücre ölümünün tetiklenmesinde de rol oynayabilecek gibi görünen bir protein tarafından sönümlenebileceğini ve CRISPR savunması ile enfeksiyona daha aşırı bir tepki arasında olası bir bağlantı olduğunu öne sürdüğünü buldu. Ekip, bir gen terapisi vektörünün hücrelere tam Cas7-11 düzenleme sistemini sağlayabileceğini ve Cas7-11'in hücrelerin sağlığını tehlikeye atmadığını gösterdi. Daha da gelişmesiyle birlikte, enzimin bir gün bir hastanın RNA'sından hastalığa neden olan dizileri düzenlemek için kullanılabileceğini, böylece hücrelerinin sağlıklı proteinler üretebileceğini veya genetik hastalık nedeniyle zarar veren bir proteinin seviyesini düşürmek için kullanılabileceğini umuyorlar.

Gootenberg, başka hiçbir CRISPR aracının RNA'yı bu kadar hassas bir şekilde kesmediğine dikkat çekerek, “Cas7-11'in kesmesinin benzersiz yolunun birçok ilginç ve çeşitli uygulamaya olanak sağladığını düşünüyoruz.” diyor. “Bu temel biyoloji odaklı keşiflerin terapötikler ve teşhisler için nasıl yeni araçlar sağlayabileceğinin bir başka harika örneği.” diye ekliyor.

Kaynaklar ve İleri Okuma

1. https://news.mit.edu/2021/rna-targeting-enzyme-expands-crispr-toolkit-0920