Trung tâm công nghệ sinh học Thành Phố Hồ Chí Minh
 

Protein anti-CRISPR hạn chế việc chỉnh sửa gene không chuyên biệt của CRISPR-Cas9

Thứ sáu - 28/07/2017 10:57
Protein anti-CRISPR hạn chế việc chỉnh sửa gene không chuyên biệt của CRISPR-Cas9
 
Untitled
Protein anti-CRISPR (màu đỏ bên phải) bắt chước DNA gắn vào vị trí tương tác của enzyme Cas9 với DNA (trái) trước khi enzyme tiến hành cắt DNA. Tuy nhiên, protein anti-CRISPR không rời khỏi vị trí tương tác khiến cho Cas9 không còn khả năng chỉnh sửa gene. Hình của Fuguo Jiang, ĐH California ở Berkeley.

Kỹ thuật chỉnh sửa gene CRISPR (clustered regularly interspaced short palindromic repeats)-Cas9 dựa trên một cơ chế do vi khuẩn phát triển để tự bảo vệ chúng khỏi thực khuẩn thể (bacteriophage).
 
Nghiên cứu hiện nay chỉ ra rằng các thực khuẩn thể đối phó với vi khuẩn bằng cách tạo ra các protein ức chế được biết đến là các anti-CRISPR. Các protein này có thể được dùng để cải thiện kỹ thuật CRISPR-Cas9 như một công cụ của liệu phép gene, nhằm làm giảm hiện tượng chỉnh sửa gene không phải gene mục tiêu, từ đó hạn chế những tác dụng phụ do hiện tượng này gây ra.
 
Trong một nghiên cứu trên tạp chí Science Advances, các nhà nghiên cứu từ Đại học California ở Berkeley và San Francisco chỉ ra rằng các protein anti-CRISPR được khám phá gần đây có thể làm giảm đến bốn lần các tác động phụ của việc chỉnh gene không trúng đích và hoạt động như một công tắc khẩn để bất hoạt CRISPR-Cas9 sau khi nó hoàn thành việc chỉnh sửa gene.
 
Nghiên cứu cho thấy một protein anti-CRISPR là AcrllA4 có khả năng làm giảm bốn lần tác động lên gene không phải gene mục tiêu trong quá trình phân tử CRISPR-Cas9 chỉnh sửa gene. Protein này sử dụng một RNA hướng dẫn để tìm, cắt và thay thế gene hemoglobin đột biến gây nên bệnh hồng cầu hình liềm. Nó thực hiện việc này mà không làm giảm hiệu quả chỉnh sửa gene mục tiêu.
 
Jiyung Jenny Shin, là một trong ba tác giả đầu của nghiên cứu, đang công tác tại phòng thí nghiệm của Jacob Corn tại Innovative Genomics Institute (IGI), Đại học California ở Berkeley cho biết: "Các đột biến không mong muốn là hệ quả của việc chỉnh sửa gene không phải gene mục tiêu, nhưng công bố của chúng tôi cũng như những công bố khác, chỉ ra rằng tác động của việc chỉnh sửa gene không phải gene mục tiêu có thể được kiểm soát và không nghiêm trọng như nhiều người nghĩ."
 
Trong thí nghiệm của Shin về nuôi cấy tế bào người, nhóm nghiên cứu tìm ra sau khi tế bào được xử lí với CRISPR-Cas9 vài giờ, việc sử dụng protein anti-CRISPR là cách hiệu quả nhất để làm giảm việc chỉnh sửa các gene không phải gene mục tiêu. Protein anti-CRISPR bắt chước DNA, gắn trên Cas9 và bất hoạt khả năng cắt DNA của enzyme này.
 
Shin cho biết: "6 giờ sau khi xử lý CRISPR, việc xử lý với anti-CRISPR vẫn có thể làm giảm tác động của enzyme Cas9 lên gene không phải gene mục tiêu gấp hai lần so với tác động của enzyme này lên gene mục tiêu. Nghiên cứu này cho thấy, về mặt ứng dụng trong điều trị, bệnh nhân có thể được điều trị với CRISPR trước, sau đó sử dụng anti-CRISPR để làm giảm việc tác động trên gene không phải gene mục tiêu."
Nhà nghiên cứu Joseph Bondy-Demony từ Đại học California ở San Francisco là người đã khám phá ra AcrllA4. Ông dự đoán rằng những protein anti-CRISPR sẽ trở thành một phần cơ bản trong liệu pháp gene CRISPR, cùng với CRISPR-Cas9 làm ngưng việc chỉnh sửa gene sau thời gian xử lí tế bào, nhằm ngăn chặn việc cắt “nhầm” các gene không phải gene mục tiêu.
 
Bondy-Denomy, đồng tác giả của bài báo, cho biết: "Protein ức chế Cas9 này có thể được mã hóa trên cùng đoạn DNA với Cas9 một cách chính xác sao cho Cas9 sẽ bị bất hoạt ngay sau khi hoàn thành việc chỉnh sửa gene, thay vì để Cas9 còn trong tế bào và gây nguy cơ chỉnh sửa các gene không phải gene mục tiêu.”

Sự tương tác với anti-CRISPR

Nhóm nghiên cứu bao gồm các nhà nghiên cứu từ phòng thí nghiệm của Jennifer Doudna, một trong những nhà sáng chế kỹ thuật chỉnh sửa gene CRISPR-Cas9, đã giải thích được cách protein anti-CRISPR gắn vào phức hợp CRISPR-Cas9. Bằng cách sử dụng kính hiển vi điện tử lạnh (cryo-electron microscopy), họ đã tìm ra là anti­CRISPR bắt chước DNA, làm cho CRISPR­Cas9 nhầm lẫn và gắn chặt với nó không bị rời ra.
 
Protein anti CRISPR bắt vào một vị trí trên protein Cas9, là nơi rất quan trọng trong hoạt động chức năng của Cas9. Cas9 không thể vận hành việc cắt DNA khi anti-CRISPR gắn vào điểm này.
 
Năm ngoái, Bondy-Denomy đã công bố việc tìm ra bốn protein anti-CRISPR được virus sử dụng để bất hoạt protein Cas9 trong vi khuẩn Listeria monocytogenes. Hai trong số protein ức chế Cas9 này đang được các nhà nghiên cứu sử dụng phổ biến, có nguồn gốc từ vi khuẩn Streptococcus pyogenes và được gọi là SpyCas9.
Một nhóm nghiên cứu khác đã phát hiện ra ba loại protein anti-CRISPR ức chế một loại protein Cas9 khác đầy hứa hẹn từ vi khuẩn Neisseria meningitidis.
 
Nghiên cứu gần đây tìm hiểu tác động của một trong số các protein từ Listeria là protein AcrllA4, lên SpyCas9 gắn với một RNA hướng dẫn đến nơi có mạch DNA bổ sung để gắn và cắt.
 
Nghiên cứu tại Đại học California ở Berkeley và những nơi khác cho thấy CRISPR-Cas9 liên tục gây nhiễu hệ thống sửa sai DNA trong tế bào bằng cách: enzyme này cắt tại vị trí mục tiêu, sau khi tế bào sửa sai DNA, CRISPR-Cas9 lại cắt lần nữa. Chu trình gây lỗi này được lặp lại cho đến khi một đột biến được hình thành trên DNA ngăn chặn enzyme gắn vào, và khi đó phân tử CRISPR-Cas9 sẽ di chuyển để tìm một vị trí gắn khác.
 
Một nghiên cứu gần đây của phòng thí nghiệm Corn và Doudna cho thấy việc thêm một anti-CRISPR sau khi Cas9 đã chỉnh sửa thành công một gene mục tiêu sẽ ngăn chặn tổn thương không mong muốn tới phần khác của bộ gene.
 
"Khả năng bất hoạt việc chỉnh sửa gene của Cas9 cũng quan trọng như khả năng hoạt hóa nó”, theo Corn, Giám đốc khoa học lĩnh vực y sinh học tại IGI và Phó giáo sư lĩnh vực sinh học phân tử và tế bào tại Đại học California ở Berkeley. "Hãy tưởng tượng bạn có một chiếc máy cạo râu không có công tắc tắt. Tương tự với các ứng dụng trong điều trị, việc kiểm soát chính xác quá trình chỉnh sửa gene xảy ra khi nào và ở đâu là tối cần thiết. Protein anti-CRISPR mang đến cơ hội để bất hoạt hoàn toàn Cas9 cũng như điều chỉnh hoạt động của nó.”
 
Bondy-Denomy cho rằng: "Dữ liệu của Jenny gợi mở về một khung thời gian lý tưởng để Cas9 hoạt động và bị bất hoạt ngay khi khoảng thời gian đó kết thúc. Chúng ta có thể sử dụng protein anti-CRISPR như một công cụ để xác định khung thời gian đó, chính là, với một loại tế bào và một trình tự RNA hướng dẫn bất kỳ, chúng ta muốn Cas9 ở dạng hoạt hóa trong tế bào đó bao lâu."
 

Tác giả bài viết: Lê Ngụy Hoàng Linh - P. CNSH Y dược

Tổng số điểm của bài viết là: 5 trong 1 đánh giá

Xếp hạng: 5 - 1 phiếu bầu
Click để đánh giá bài viết

Những tin mới hơn

Những tin cũ hơn

Dịch Vụ - Chuyển Giao
Bạn đã không sử dụng Site, Bấm vào đây để duy trì trạng thái đăng nhập. Thời gian chờ: 60 giây