Gesundheit

Neuartige Strategie trifft ‚reset-Taste‘ für Krankheit-verursachen von genetischen Vervielfältigungen

Wissenschaftler an der UMass Medical School haben eine Strategie entwickelt für die Bearbeitung und Reparatur von einem bestimmten Typ der genetischen mutation, die im Zusammenhang mit microduplications mit CRISPR/Cas9 und eine selten verwendete DNA-Reparatur-Signalweg. Beschrieben in der Natur, dieser Ansatz programmierbare gen-editing überwindet vor, die Ineffizienzen in der gen-Korrektur.

„Es ist wie das schlagen die reset-Taste,“ sagte Scot A. Wolfe, PhD, professor für molekular -, Zell-& Krebs-Biologie. „Wir müssen nicht hinzufügen, eine korrigierende genetische material, sondern die Zelle Stiche die DNA wieder zusammen minus die Vervielfältigung. Es ist eine Abkürzung für das gen-Korrektur mit der potentiellen therapeutischen ansprechen.“

Microduplications sind Veränderungen in den Chromosomen, wo sich kleine DNA-Segmente kopiert oder dupliziert werden. In bestimmten Genen, sind diese überschneidungen führen kann, die sogenannten „frameshift Mutationen,“ wenn die Anzahl von hinzugefügten Nukleotide ist nicht durch drei teilbar. Dies verändert die übersetzung des Gens in protein, was zu einem Verlust der Funktion. Frameshift-Mutationen, die aus microduplications verursachen, da viele als 143 verschiedene Krankheiten, einschließlich der gliedergürtel-Muskeldystrophie, Hermansky-Pudlak-Syndrom, Tay-Sachs.

Dr. Wolfe, ein co-investigator der Natur studieren, ist ein Experte in CRISPR/Cas9 und andere programmierbare nuklease-basierte Methoden der gen-editing. Die meisten dieser Techniken benötigen beide generieren einen Bruch der DNA-Stränge bei der das defekte gen und die Einführung von Korrekturmaßnahmen genetischen material. Die neue Sequenz eingefügt, in der Pause und repariert durch eine angeborene DNA-Reparatur-Mechanismus fand in den Zellen, bekannt als die Homologie-gerichtete Reparatur Weg. Obwohl therapeutisch vielversprechend, diese Methode der Korrektur von Genen, kann aber ineffizient sein und hat andere technische Herausforderungen.

Wolfe und co-Ermittler Charles P. Emerson, Jr, PhD, professor für Neurologie, Leiter des Wellstone Muscular Dystrophy Center at UMass Medical School und ein Experte in der Skelettmuskulatur Entwicklung und muskeldystrophien, glaubte Sie, dass es möglicherweise einen direkteren Ansatz, um richtige Krankheiten, die durch microduplications. Sie argumentierten, dass, wenn die microhomology-mediated end-joining (MMEJ) Weg sein könnte effektiv genutzt, anstatt die Homologie-gerichtete Reparatur Weg, es würde entfernen Sie die duplizierte Sequenz und wiederherstellen der gene, die funktionelle Sequenz. Weniger effiziente und seltener als andere zelluläre Reparaturmechanismen, die MMEJ Weg führt oft zu Deletionen auf beiden Seiten der Pause und ist verantwortlich für die Durchführung ein kleiner Prozentsatz von DNA-Reparatur-weniger als 10 Prozent nach einigen Schätzungen.

Dr. Emerson hatte eine vielversprechende Krankheit target für die Bewertung der Machbarkeit dieser Bearbeitung Vorgehensweise-die gliedergürtel-Muskeldystrophie Typ 2G (LGMD2G), verursacht durch eine microduplication im TCAP-gen. Die Emerson und Wolfe labs behandelt pluripotenten Stammzellen erzeugt aus einem LGMD2G Patienten mit einer Strepetococcus pyogenesCas9 (SpCas9) nuclease, um Ziel-DNA zu brechen in der Nähe der Mitte des microduplication in der TCAPgene. Als Sie vorhergesagt, die MMEJ Reparatur-Mechanismus gelöscht, eine Kopie der microduplication-effektiv Nähte die DNA wieder zusammen mit bemerkenswert hohem Wirkungsgrad, wobei das mutierte das Erbgut und die Wiederherstellung der gene zu aktivieren, die normal TCAP-protein hergestellt werden.

„Die Einfachheit und Effizienz der microduplication gen Bearbeitung des TCAP-Gens war eine sehr aufregende Entdeckung moment, und präsentiert eine einzigartige Möglichkeit zur Entwicklung einer Therapie der LGMD 2G, und das ist derzeit nicht behandelbar, und das ist unser unmittelbares Ziel,“ Emerson sagte.

Wie viele Krankheiten sind verursacht durch microduplications, die möglicherweise behandelt werden MMEJ nuclease-gen Bearbeiten? Die Zusammenarbeit mit Christian Mueller, PhD, associate professor of pediatrics, die das team gezeigt, dass microduplications in der HPS1gene Zusammenhang mit Hermanksy-Pudlak-Syndrom Typ 1 korrigiert werden könnte in Patienten-Zellen. Oliver König, PhD, assistant professor of neurology, dann entwickelten computergestützten tools zur Suche human-Genom-Datenbanken und bemerkenswert identifiziert 143 Krankheiten microduplications das wäre behandelbar mit Ihren Cas9-MMEJ Ansatz.

„Von diesem bescheidenen Anfang, wir glauben, dass die Einfachheit, die Zuverlässigkeit und Wirksamkeit der MMEJ-basierte therapeutische Strategie erlaubt möglicherweise die Entwicklung von nuclease-basierte gen-Korrektur-Therapien für viele derzeit unheilbare Krankheiten,“ sagte Wolfe.