Trung tâm công nghệ sinh học Thành Phố Hồ Chí Minh

Các nhà nghiên cứu của KAUST đã cải thiện độ an toàn của công nghệ chỉnh sửa gen CRISPR bằng cách giảm khả năng xoá DNA trên bộ gen và tăng cường cơ chế tự sửa chữa bộ gen, tiến tới các phương pháp điều trị di truyền an toàn hơn.
   
Một chiến lược mới đơn giản do các nhà khoa học KAUST phát triển có thể giúp cải thiện tính an toàn và chính xác của chỉnh sửa gen CRISPR, một công cụ đã được phê duyệt sử dụng trong lâm sàng để điều trị rối loạn máu di truyền.

Cách tiếp cận giải quyết một điểm rất quan trọng với công nghệ CRISPR: sau khi bộ gen bị cắt bởi enzyme Cas, sẽ có cơ chế nối các đoạn rời lại, quá trình nối lại làm tăng nguy cơ làm hư hại trình tự DNA, có thể gây ra sự loại bỏ đoạn DNA quy mô lớn và khó lường.

Với hy vọng giảm thiểu vấn đề này, một nhóm nghiên cứu do Mo Li, nhà sinh học tế bào gốc tại KAUST, đã nghiên cứu các con đường sửa chữa DNA dẫn đến việc xóa bỏ bộ gen lớn sau khi chỉnh sửa CRISPR trong tế bào gốc của con người.

Phân tích của họ đã dẫn đến một quá trình được gọi là nối đầu qua trung gian vi mô học (microhomology-mediated end joining, MMEJ), một cơ chế đấu nối hai đầu DNA sau quá trình bị đứt gaỹ, cơ chế này mặc dù có khả năng sửa chữa các đứt gãy trong DNA nhưng thường để lại những vết xóa lớn sau đó.

Những phát hiện di truyền quan trọng

Các nhà khoa học đã xem xét nhiều gen khác nhau có liên quan đến quá trình MMEJ và tìm thấy hai gen đóng vai trò trung tâm - nhưng đối lập - trong các trường hợp xóa không mong muốn này.

Một gen, được gọi là POLQ - làm tăng nguy cơ xóa bỏ lớn sau khi chỉnh sửa CRISPR/Cas9. Loại còn lại, được gọi là RPA có tác dụng bảo vệ bộ gen.
  Bằng cách thay đổi sự biểu hiện của các gen này: bằng thuốc ức chế POLQ hoặc thông qua các kỹ thuật di truyền giúp tăng cường biểu hiện RPA, nhóm KAUST sau đó có thể giảm sự xuất hiện của các trường hợp mất đoạn lớn mà không ảnh hưởng đến hiệu quả chỉnh sửa bộ gen, và khi làm như vậy, giúp bảo tồn được các gen này. Tính toàn vẹn của bộ gen của các tế bào gốc đã được chỉnh sửa.

Cựu tiến sĩ  Baolei Yuan, sinh viên trong phòng thí nghiệm của Li và là một trong những kiến ​​trúc sư của nghiên cứu, cùng với Chongwei Bi và Yeteng Tian từ phòng thí nghiệm của Li, cho biết: “Phương pháp này dễ sử dụng có thể làm giảm nguy cơ xảy ra việc xóa các DNA lớn có hại”.

Tăng cường cơ chế sửa chữa

Hơn nữa, những biện pháp can thiệp tương tự này đã được phát hiện là giúp nâng cao hiệu quả của quá trình sửa chữa theo hướng tương đồng, một cơ chế được biết đến với khả năng cho phép chỉnh sửa chính xác bộ gen mà không cần thêm các đột biến ngoài ý muốn.

Điều này thể hiện rõ trong các thí nghiệm liên quan đến tế bào gốc mang đột biến ở hai gen liên quan đến bệnh hồng cầu hình liềm và Hội chứng Wiskott-Aldrich, cả hai đều bị rối loạn máu di truyền. Bằng cách điều chỉnh POLQ hoặc RPA, các nhà nghiên cứu đã đạt được khả năng chỉnh sửa gen có độ chính xác cao và đáng tin cậy trong các tế bào này.

Li khẳng định những phát hiện này đánh dấu một bước tiến đáng kể trong việc cải tiến công nghệ CRISPR. Ông nói: “Điều này thực sự thú vị vì nó có nghĩa là chúng ta đang tiến gần hơn đến các phương pháp điều trị an toàn và hiệu quả hơn đối với các bệnh di truyền”.

Với đơn xin cấp bằng sáng chế tạm thời cho chiến lược đổi mới này, nhóm tiếp tục khám phá các cơ chế đằng sau một loạt các đột biến không mong muốn và trau dồi các kỹ thuật để làm cho CRISPR an toàn hơn và hiệu quả hơn.

Li nói: “Để đạt được cả hiệu quả và độ an toàn cao vẫn là một thách thức đòi hỏi phải phát triển hơn nữa, và phòng thí nghiệm của chúng tôi vẫn luôn đi đầu trong việc tìm kiếm các giải pháp mới”.
 
Tạp chí tham khảo:
“Modulation of the microhomology-mediated end joining pathway suppresses large deletions and enhances homology-directed repair following CRISPR-Cas9-induced DNA breaks” by Baolei Yuan, Chongwei Bi, Yeteng Tian, Jincheng Wang, Yiqing Jin, Khaled Alsayegh, Muhammad Tehseen, Gang Yi, Xuan Zhou, Yanjiao Shao, Fernanda Vargas Romero, Wolfgang Fischle, Juan Carlos Izpisua Belmonte, Samir Hamdan, Yanyi Huang and Mo Li, 29 April 2024, BMC Biology. DOI: 10.1186/s12915-024-01896-z

Nguồn: https://scitechdaily.com/simple-new-strategy-improves-safety-and-precision-of-crispr-gene-editing/