Gen Düzenleme Teknolojilerinde Yeni Bir Boyut: Prime Editing

Gen Düzenleme Teknolojilerinde Yeni Bir Boyut: Prime Editing

2012 yılında Jennifer Doudna’nın CRISPR/Cas9 sistemini keşfinden sonra, gen düzenleme teknolojileri günümüzün en popüler konularından biri haline geldi. Birçok bilim insanının ilgisini çeken bu teknolojiler, yıllardır dünyanın önde gelen laboratuvarlarında çalışılmakta ve yeni yöntemler geliştirilmesi amaçlanmaktadır.

MIT (Massachusetts Institute of Technology) ve Harvard Üniversitesi öğretim üyesi David Liu liderliğindeki araştırmacıların yaptıkları çalışmalar, bu teknolojilere yeni bir boyut kazandıracak nitelikte. Yazımızda, “Prime Editing” adı verilen bu yeni CRISPR teknolojisini ele alacağız.

Prime Editing; insan hücreleri üzerinde genetik düzenlemeler yapılmasına imkan veren, hassas, verimli ve çok yönlü bir teknolojidir. Bu teknoloji, biyolojik ve tedaviye yönelik araştırmalarda genetik düzenleme kapsamını geliştirecek nitelikte olup genetik mutasyonların sebep olduğu hastalıkların yaklaşık %90’ının tedavisini mümkün kılmaktadır.

Prime Editing Teknolojisi

Prime Editing,  iki önemli protein (Cas9 ve revers transkriptaz) ile pegRNA’nın kombinasyonundan oluşmaktadır.

Cas9 enzimi, DNA’nın sadece bir zincirine bağlanıp istenilen kısmı kesmek amacıyla modifiye edilmiştir. Revers transkriptaz (RT) enzimi ise RNA taslağını kopyalayarak yeni DNA’yı meydana getirme görevini üstlenmiştir.

pegRNA (prime editing guide RNA), Cas9 ve RT’yi kesilmek istenen zincire götürmektedir. Laboratuvarda üretilen pegRNA’lar iki önemli yapıyı içermektedir:

  1. Bağlanma bölgesi: DNA zincirine bağlanan kısımdır. Zinciri, yeni bazların eklenmesi için hazırlamaktadır.
  2. Düzenlenmiş sekans: Zincirde istenilen değişikliği kodlayacak olan RNA bazlarından oluşan kısımdır.

Sistemi oluşturan ana yapılar ve onların görevlerinden bahsettikten sonra yapılan işleme gelecek olursak:

  1. Prime editor kompleksi (Cas9/RT), pegRNA rehberliği ile  değişiklik yapılmak istenen zincire bağlanır.
  2. Cas9 zincirde istenilen kısmı keser.
  3. Revers transkriptaz, pegRNA üzerindeki düzenlenmiş sekansa uygun DNA’yı sentezler ve kesilen kısma ekler.
  4. Hücresel endonükleaz enzimi, DNA’dan kesilmiş olan parçayı eksize eder ve yeni eklenmiş olan parçayı zincire sabitler.
  5. Bu aşamada yalnızca bir zincirde istenilen değişiklik yapılmıştır. Fakat yanlış-eşlenme olmaması için karşı zincirde de değişiklik yapılması gerekmektedir. Bunun için prime editor kompleksi, farklı bir pegRNA rehberliğiyle DNA’nın karşı zincirine yönlendirilir.
  6. Cas9, bu zincirde de istenilen kısmı keser.
  7. Zincirde açılan çentik, düzenlenmiş DNA’ya göre (ilk düzenlenen zincir) kendisini tamamlar.
  8. Tüm bu işlemler sonucunda, iki zinciri de düzenlenmiş DNA elde edilir.

Bu yöntemin, CRISPR/Cas9 teknolojisine göre en önemli üstünlüğü; DNA’nın yalnızca bir zincirini kesmesinden ötürü hedef hassasiyetinin fazla ve hedef dışı etkisinin az olmasıdır.  Klasik CRISPR/Cas9 yönteminde DNA’nın iki ipliği birden kesilmekte ve sonrasında yeni baz ekleme işlemi, hücrenin kendi tamir mekanizmasınca gerçekleşmektedir. Prime editing teknolojisinde ise DNA sarmalının sadece tek ipliği kesilmekte olup diğer zincir, değişikliğin yapıldığı zincire göre düzenlenmektedir. Ancak bu üstünlüklerinin yanında prime editing sisteminin, klasik CRISPR/Cas9 teknolojisinin yapabildiği kadar büyük DNA parçalarını ekleme ve kesip atma işlemlerinde yetersiz kaldığı belirtilmelidir.

Prime editing ile insan hücre serileri üzerinde yapılan çalışmalarda orak hücreli anemide meydana gelen T-A (timin-adenin) değişimi ve Tay-Sachs hastalığına sebep olan dört bazın delesyonu gibi genetik mutasyonlar başarıyla düzeltilmiştir.

Prime editing teknolojisi üzerine yapılacak çalışmaların artmasıyla birlikte, insanlarda hastalığa sebep olan birçok genetik mutasyona karşı tedaviler geliştirileceği öngörülmektedir. Tıp dünyası olarak bizler de yeni çalışmaları merakla bekliyor ve heyecanla  takip ediyoruz…

Kaynaklar

  1. Anzalone AV, et al. Search-and-replace genome editing without double-strand breaks or donor DNA. Nature. Online October 21, 2019.
  2. New CRISPR genome editing system offers a wide range of versatility in human cells, Broad Institute. broadinstitute.org

Yazar: Emrullah Şimşek

İstanbul Üniversitesi İstanbul Tıp Fakültesi 3.sınıf öğrencisi II Mail: simsekemrullah@ogr.iu.edu.tr

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.