ابداع روشی جدید برای فعالسازی ژن‌ها

تاریخ : ۳۱ مرداد ۱۳۹۴

تعداد بازدید : ۱۸۰۷

0 امتیاز از 0 رای
نسخه چاپی
موضوعات :

محققان با استفاده از یک سیستم ویرایش ژن متکی بر ماشین سلولی، موفق شدند با دقت بالایی هر ژنی را در سلول‌های زنده فعال کنند.

محققان موسسه فناوری ماساچوست(MIT) نشان داده‌اند که با استفاده از یک سیستم ویرایش ژن (که در اصل برای حذف ژن‌های خاص ایجاد شده بود)، می‌توانند با اطمینان، هر ژنی در سلول‌های زنده را به انتخاب خود فعال کنند.
فنگ ژانگ ، استاد توسعه شغلی مهندسی پزشکی در گروه مغز، علوم شناختی و مهندسی علوم زیستی موسسه فناوری ماساچوست و عضو مؤسسه مک گاورن(McGovern) برای تحقیقات مغز معتقد است:«این کاربرد جدید برای سیستم ویرایش ژن CRISPR/Cas9، به دانشمندان کمک می‌کند تا به‌آسانی عملکرد هر ژن را تعیین کنند.»
این رویکرد همچنین سریعاً نمایشی از عملکرد ژن در اختیار می‌گذارد که به دانشمندان امکان شناسایی ژن‌های دخیل در بیماری‌های خاص را می‌دهد. در پژوهشی که 10 دسامبر، در نسخه آنلاین مجله nature منتشر شد، ژانگ و همکارانش چندین ژن را شناسایی کردند که باعث مقاومت سلول‌های تومور در برابر یک داروی ضد سرطان می‌شوند.
سیلوانا کانرمن ، دانشجوی کارشناسی ارشد در آزمایشگاه ژانگ و مارک بریگهام ، فوق دکتری در مؤسسه مک گاورن، نویسندگان ارشد این مقاله می‌باشند.
سیستم CRISPR متکی بر ماشین سلولی است که باکتری‌ها از آن‌ برای دفاع از خود در برابر عفونت ویروسی استفاده می‌کنند. محققان قبلاً این ماشین‌های سلولی را جهت تولید سیستم‌های ویرایش ژن مهار کرده بودند. سیستم ویرایش ژن، شامل یک آنزیم برش دهنده دیاِناِی به نام Cas9 است که محدود به یک‌ رشته آراِن‌ای کوتاه می‌باشد. رشته آراِن‌ای ، برای اتصال به یک توالی ژن خاص و تعیین محل‌های برش برای Cas9 برنامه‌ریزی ‌شده است.
در دو سال گذشته، دانشمندان از Cas9 به‌عنوان ابزاری برای غیرفعال کردن ژن‌ها و یا جایگزینی آن‌ها با نسخه‌های مختلف استفاده کرده‌اند. در مطالعه جدید، ژانگ و همکارانش سیستم Cas9 را به‌گونه‌ای مهندسی کردند که به‌جای غیرفعال کردن ژن آن را فعال کند.
همچنین تلاش‌هایی برای استفاده از CRISPR جهت فعال‌سازی ژن‌ها صورت گرفته است. برای این امر، محققان بخشی از Cas9 که دیاِناِی را برش می‌دهد، غیرفعال کرده و Cas9 را به قطعاتی از پروتئین‌ها به نام دامنه‌های فعال‌سازی پیوند می‌دهند. این دامنه‌ها، ماشین سلولی را که در فرایند رونویسی (خواندن و کپی کردن آراِن‌ای از دیاِناِی) کاربرد دارد، به کار می‌گیرند.
بااین‌حال، این تلاش‌ها قادر به فعال‌سازی ژن، به‌طور مداوم نبوده‌اند.
ژانگ و همکارانش، اسامو نورکی و هیروشی نیشیماسو از دانشگاه توکیو، تصمیم گرفتند سیستم CRISPR/Cas9 را بر اساس تجزیه‌وتحلیلشان در اوایل سال جاری (راجع به ساختار تشکیل‌شده، هنگام اتصال Cas9 به آراِن‌ای و دیاِناِی هدف) پیاده‌سازی کنند. ژانگ می‌گوید: «با دانستن شکل سه‌بعدی سیستم، ما می‌توانیم در مورد چگونگی بهبود آن فکر کنیم.»
در تلاش‌های قبلی، دانشمندان سعی کرده بودند دامنه‌های فعال‌سازی را به دو انتهای پروتئین Cas9 متصل کنند که چندان موفقیت‌آمیز نبود. در ادامه محققان در مطالعات ساختاری‌شان، متوجه شدند که دو حلقه کوچک از آراِن‌ای‌های راهنما از ترکیب Cas9 بیرون زده‌اند و می‌توانند نقاط اتصال بهتری باشند؛ زیرا به دامنه‌های فعال‌سازی، قابلیت انعطاف بیشتری در به کار گرفتن ماشین رونویسی می‌دهند.
با استفاده از سیستم جدید، محققان حدود دوازده ژن را فعال کردند که فعال‌سازی‌شان با نسل قبلی فعال‌سازهای Cas9 مشکل یا غیرممکن بود. هر ژن حداقل یک افزایش دو برابر در رونویسی از خود نشان داد و برای بسیاری از ژنها، محققان شاهد افزایش چند برابری در فعال‌سازی بودند.
هنگامی‌که مشخص شد سیستم در فعال‌سازی ژن مؤثر است، مرجعی از 70290 آراِن‌ای راهنما تشکیل ششددند که بیش از بیست هزار ژن را در ژنوم انسان هدف قرار می‌دادند. از این مرجع برای شناسایی ژن‌هایی استفاده کردند که در برابر یک داروی تومور به نام PLX-4720 مقاوم هستند. داروهایی از این قبیل، روی بیمارانی که سلول‌های تومورشان دارای جهش در ژن BRAF است، خوب جواب می‌دهند؛ اما سلول‌های سرطانی که پس از درمان زنده می‌مانند می‌توانند به تومور جدید تبدیل شده و باعث عود سرطان شوند.
برای کشف ژن‌هایی که موجب مقاومت سلول‌ها می‌شوند، محققان اجزای CRISPR را به یک جمعیت بزرگ از سلول‌های تومور که در آزمایشگاه رشد یافته بودند فرستادند. هر سلول، یک آراِن‌ای راهنما دریافت کرد که ژن متفاوتی را هدف قرار می‌داد. پس از درمان سلول‌ها با PLX-4720، چندین ژن که به زنده ماندن سلول‌ها کمک می‌کردند، شناخته شدند.
مطالعاتی از این قبیل، به محققان کمک می‌کنند تا داروهای ضد سرطان جدیدی برای مقابله با تومورها کشف کنند.
کانرمن کی گوید: «شما می‌توانید با دارویی که BRAF جهش‌یافته را هدف قرار می‌دهد شروع به کار کنید و به‌طور همزمان یک درمان ترکیبی انجام دهید. این درمان ژن‌هایی را که به سلول‌ها اجازه زنده ماندن می‌دهند، هدف قرار می‌دهد.»
آزمایشگاه ژانگ قصد دارد از این روش، برای غربالگری ژن‌هایی استفاده کند که وقتی فعال شوند، می‌توانند اثرات اوتیسم یا بیماری‌های عصبی مانند آلزایمر را تصحیح کنند. این آزمایشگاه تصمیم دارد آزمایش‌ها را در اختیار سایر محققین قرار دهد.
این تحقیقات توسط مؤسسه ملی بهداشت روان، مؤسسه ملی اختلالات عصبی و سکته مغزی، کِک(the Keck)، محققان سرل به همراه بنیادهای کلینگن استاین(Klingenstein)، والی(Vallee) و سیمونز(Simons) و باب مِتکالف حمایت شده‌است

منبع : http://newsoffice.mit.edu/2014/crispr-technique-determines-gene-function-1210

نظر شما