به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، پژوهشگران ابزاری جدید برای ویرایش ژن به نام STITCHR را  توسعه داده‌اند که می‌تواند ژن‌های درمانی را بدون ایجاد جهش‌های ناخواسته در مکان‌های خاصی از ژنوم وارد کند. این سیستم به‌طور کامل به‌صورت RNA قابل فرموله شدن است، که در مقایسه با سیستم‌های سنتی که از RNA و DNA به‌طور هم‌زمان استفاده می‌کنند، تحویل ژن را بسیار ساده‌تر می‌کند. با وارد کردن یک ژن کامل، این ابزار یک راه‌حل "یک‌بار برای همیشه" ارائه می‌دهد که بر محدودیت‌های فناوری ویرایش ژن CRISPR غلبه می‌کند. CRISPR معمولاً برای اصلاح جهش‌های خاص برنامه‌ریزی می‌شود، اما STITCHR می‌تواند به همه جهش‌ها به‌طور هم‌زمان رسیدگی کند و گام امیدبخشی برای درمان‌های ژنی محسوب می‌شود. نتایج این پژوهش در مجله Nature منتشر شده است.

رتروترانسپوژن‌های R2

رتروترانسپوژن‌های R2 نوعی از رتروترانسپوژن‌های غیر LTR هستند که خصوصیت منحصر به فردی دارند: آن‌ها ادغام خاص‌محل در لوکی‌های rDNA 28S در ژنوم‌های میزبان طبیعی خود را انجام می‌دهند. پروتئین‌های رتروالمان R2 قادرند به طور خاص به رونویس‌های mRNA رتروترانسپوژن R2 متصل شوند که خود را ترجمه می‌کنند و الگوهای RNA را به لوکی‌های rDNA درون هسته ادغام می‌کنند، از طریق مکانیزم رونویسی معکوس هدف‌محور (TPRT). با توجه به ساختار طبیعی هتروزیگوت و فاصله آنها از ژن‌های کدکننده پروتئین‌های پتانسیل سرطان‌زا در سلول‌های سالم، لوکی‌های rDNA 28S که در ژنوم انسان تقریباً ۲۱۹ کپی دارند، به عنوان یک پناهگاه امن برای ادغام ژن‌های برون‌زا عمل می‌کنند. بنابراین، به دلیل پروفایل دقیق و محدوده ادغام آن‌ها، حفظ مکان‌های ادغام‌شان در میان یوکاریوت‌ها و نیاز منحصربه‌فرد به RNA به عنوان اهداکننده برای دستیابی به ادغام DNA، رتروترانسپوژن‌های R2 پتانسیل بالایی برای تبدیل به ابزارهای ادغام ژن در نسل‌های آینده دارند؛ با این حال، مطالعات کمی به طور سیستماتیک خواص عناصر R2 را در سلول‌های پستاندار بررسی کرده‌اند و اثبات نشده است که سیستم R2 می‌تواند برای ادغام مؤثر ژن‌های عملکردی کامل در سلول‌های پستاندار استفاده شود.

تکنولوژی‌های موجود در زمینه ادغام هدفمند ژن

ادغام هدفمند ژن برای هر دو حوزه‌ی درمان ژنی و تحقیق پایه‌ای حیاتی است. تکنولوژی‌های موجود در زمینه ادغام هدفمند ژن، مانند ترمیم همولوگ توسط نوکلازهای DNA یا پیوست غیرهمولوگ، همراه با ادغام مشخص‌محل با استفاده از ویرایشگرهای اولیه و اینترواز، عمدتاً به اهداکنندگان DNA وابسته هستند. در مقایسه با اهداکنندگان DNA برون‌زادی، اهداکنندگان RNA چندین مزیت دارند از جمله: ایمنی‌زایی پایین‌تری که می‌تواند با تغییرات شیمیایی نوکلیوزیدها مانند تغییر N(1)-متیل‌پسویدوریدین کاهش یابد؛ توانایی تحویل کارامد توسط وسایل غیر ویروسی، مانند نانوذرات چربی (LNPs)، که برای استفاده بالینی تأیید شده‌اند؛ و نابودی سریع در سلول‌ها، که دارای خطر کمتری برای ادغام تصادفی ترانس‌ژن‌ها است. بنابراین، دستیابی به ادغام خاص‌محل کارآمد با استفاده از اهداکنندگان RNA بسیار مطلوب است. از این منظر، ما توجه خود را بر روی ترانسپوژن‌ها متمرکز کردیم. ترانسپوژن‌ها نیروی محرکه‌ای برای تکامل ژنتیکی موجودات و منابع ارزشمندی برای توسعه بیوتکنولوژی‌های نوین هستند. ترانسپوژن‌ها به دو نوع ترانسپوژن‌های DNA و رتروترانسپوژن‌ها تقسیم‌بندی می‌شوند، بسته به شکل واسطه‌های ترانسپوزیسیون آن‌ها. بر خلاف ترانسپوژن‌های DNA، رتروترانسپوژن‌ها به رونویسی معکوس واسطه‌های RNA برای تکثیر وابسته هستند و عمدتاً شامل انواع تکرارهای طولانی پایانی (LTR) و غیر LTR هستند. برخلاف رتروترانسپوژن‌های LTR که برای تکمیل ادغام خود از اینترواس استفاده می‌کنند، رتروترانسپوژن‌های غیر LTR، مانند عنصر هسته‌ای دراز تفریحی ۱ (LINE1)، از مکانیزمی به نام رونویسی معکوس هدف‌محور (TPRT) برای تکمیل تکثیر خود استفاده می‌کنند.

معرفی عملکرد روش STITCHR

دکتر عمر عبودیّه، نویسنده ارشد مقاله و پژوهشگر مؤسسه ژن و درمان سلولی در Mass General Brigham، در این‌باره گفت،CRISPRانقلابی در زمینه ویرایش ژن ایجاد کرده، اما محدودیت‌هایی دارد. نمی‌توان از CRISPR برای هدف‌گیری همه نقاط ژنوم استفاده کرد و همچنین قادر به اصلاح هزاران جهشی که در بیماری‌هایی مانند فیبروز کیستیک وجود دارد، نیست.وقتی آزمایشگاه‌مان را راه‌اندازی کردیم، یکی از اهداف اصلی‌مان این بود که یاد بگیریم چگونه می‌توانیم قطعات بزرگ ژنی یا حتی کل یک ژن را وارد کنیم تا ژن‌های معیوب را جایگزین کنیم. این کار به ما اجازه می‌دهد که همه جهش‌های یک بیماری را تنها با یک سازه ویرایش ژنی هدف بگیریمSTITCHR. از آنزیم‌هایی استفاده می‌کند که از عناصر ژنتیکی به نام رتروترانسپوزون‌ها (retrotransposons) گرفته شده‌اند. این عناصر در همه سلول‌های یوکاریوتی (از جمله جانوران، قارچ‌ها و گیاهان) یافت می‌شوند. این عناصر ژنتیکی به خاطر قابلیت حرکت در ژنوم به "ژن‌های جهنده" معروف‌اند. پژوهشگران از مکانیزم "کپی و جای‌گذاری" این عناصر برای توسعه ابزاری جهت ویرایش هدفمند ژن الهام گرفتند. STITCHR امکان نصب ویرایش‌ها را به صورت بدون جای زخم و به طور کارآمد فراهم می‌کند، ویرایش‌هایی که می‌توانند از یک پایه تا ۱۲.۷ کیلوباز، جایگزینی ژن و استفاده از الگوهای RNA سنتز شده یا رونویسی شده در آزمایشگاه متغیر باشند. با الهام از گسترش رتروترانسپوژن‌های غیرطولانی در سراسر ژنوم‌های یوکاریوت، ما پیش‌بینی می‌کنیم که STITCHR به عنوان یک پلتفرم برای ادغام برنامه‌ریزی‌شده و بدون جای زخم در سلول‌های در حال تقسیم و غیر تقسیم عمل کند و کاربردهای تحقیقاتی و درمانی داشته باشد.

شیوه تحقیقاتی

تیم تحقیقاتی به سرپرستی دکتر کریستوفر فل (Christopher Fell) با استفاده از روش‌های محاسباتی هزاران رتروترانسپوزون را بررسی کرد تا گزینه‌هایی که قابلیت برنامه‌ریزی مجدد دارند را شناسایی کند و سپس آن‌ها را در آزمایشگاه تست کرد. در نهایت، آن‌ها یک کاندید نهایی انتخاب کردند و آن را با آنزیم نیکاز (nickase) گرفته‌شده از سیستم ویرایش ژن CRISPR ترکیب کردند تا ژن‌ها را بدون نقص و به‌طور مؤثر وارد کنند. ترکیب نهایی سیستم STITCHR را شکل داد. پژوهشگران قصد دارند کارایی این سیستم را بهبود بخشیده و آن را برای کاربردهای بالینی آماده کنند. دکتر جاناتان گوتنبرگ، نویسنده هم‌کار مقاله، گفت:با مطالعه زیست‌شناسی پایه سلول‌های‌مان، می‌توانیم الهامات جدیدی برای توسعه ابزارهای تازه پیدا کنیم. این ابزارها می‌توانند توانایی ما در مهندسی سلول‌ها را گسترش دهند و منجر به خلق داروها و درمان‌های جدید برای بیماری‌های نادر و شایع شوند.»

پایان مطلب/.