Nghiên cứu Y - Dược Thứ sáu, ngày 26/6/2020

CRISPR kích hoạt bằng ánh sáng chỉnh sửa gen chính xác và sửa chữa DNA siêu nhanh

Trong một loạt các thí nghiệm sử dụng các dòng tế bào ung thư ở người, các nhà khoa học cho biết họ đã sử dụng thành công ánh sáng để kích hoạt các vết cắt chính xác trong vật liệu gen một cách nhanh chóng.

Ảnh minh họa
Ảnh minh họa
Trong một loạt các thí nghiệm sử dụng các dòng tế bào ung thư ở người, các nhà khoa học tại Johns Hopkins Medicine cho biết họ đã sử dụng thành công ánh sáng để tạo ra các vết cắt chính xác trong vật liệu gen, sử dụng dao mổ phân tử được gọi là CRISPR và quan sát cách thức các protein tế bào chuyên biệt sửa chữa vị trí chính xác nơi gen bị cắt.

Kết quả của các thí nghiệm, được công bố vào ngày 11 tháng 6 trên Science , không chỉ tiết lộ chi tiết mới về quá trình sửa chữa DNA, mà còn có khả năng, các nhà nghiên cứu cho biết, để tăng tốc và hỗ trợ sự hiểu biết về hoạt động DNA thường gây ra lão hóa và nhiều bệnh ung thư.

"Hệ thống chỉnh sửa gen mới của chúng tôi cho phép cắt DNA mục tiêu trong vòng vài giây sau khi kích hoạt. Với các công nghệ trước đây, chỉnh sửa gen có thể mất nhiều thời gian hơn - thậm chí hàng giờ", đồng nghiệp sau tiến sĩ Yang Liu, Tiến sĩ, thành viên của Johns Hopkins nói. Nhóm nghiên cứu y học.

Công cụ CRISPR mạnh mẽ, trong những năm gần đây, cho phép các nhà khoa học dễ dàng thay đổi hoặc "chỉnh sửa" trình tự DNA và thay đổi chức năng gen để tăng tốc độ nghiên cứu về các điều kiện liên quan đến gen.

Được điều chỉnh từ hệ thống chỉnh sửa gen xuất hiện tự nhiên có trong vi khuẩn, CRISPR sử dụng các chuỗi nhỏ vật liệu di truyền gọi là RNA như một loại hướng dẫn được mã hóa để khớp và liên kết với một chuỗi DNA genomic cụ thể trong tế bào. Phân tử CRISPR cũng chứa một loại enzyme có tên Cas9, hoạt động như dao mổ để cắt chuỗi DNA. Sau đó, tế bào sử dụng các enzyme và protein của riêng mình để sửa chữa DNA bị cắt lát, thường thêm các chuỗi DNA mà các nhà khoa học trượt vào trong tế bào.

Liu nói rằng việc nghiên cứu quá trình sửa chữa DNA đã bị cản trở do không thể làm hỏng DNA, chẳng hạn như bằng cách sử dụng CRISPR, theo cách nhanh chóng, chính xác và "theo yêu cầu".

Đối với các thí nghiệm mới, các nhà khoa học đã sửa đổi phức hợp CRISPR-Cas9 bằng cách chế tạo một phân tử RNA nhạy sáng cho phép phức hợp CRISPR cắt DNA bộ gen trong các tế bào sống khi tiếp xúc với một bước sóng ánh sáng cụ thể.

"Ưu điểm của kỹ thuật của chúng tôi là các nhà nghiên cứu có thể đưa máy móc CRISPR tìm mục tiêu mà không cần cắt gen sớm, giữ lại hành động của nó cho đến khi tiếp xúc với ánh sáng", John-Hopkins MD-Ph.D nói. ứng cử viên Roger Zou, cũng là thành viên của nhóm nghiên cứu. "Điều này cho phép các nhà nghiên cứu kiểm soát nhiều hơn chính xác vị trí và thời điểm DNA bị cắt", ông nói thêm.


Các nhóm nghiên cứu khác đã thử nghiệm cả thuốc và kích hoạt ánh sáng để kiểm soát thời gian CRISPR, Taekjip Ha, Tiến sĩ, Bloomberg, Giáo sư xuất sắc về Sinh lý học và Hóa sinh, Kỹ thuật Sinh lý học và Kỹ thuật Y sinh tại Đại học Johns Hopkins, và một nhà nghiên cứu của Viện Y học Howard Hughes nói. . Các thí nghiệm của nhóm ông khác nhau bằng cách cải thiện thời gian chính xác của việc cắt CRISPR và kiểm tra xem protein sửa chữa nhanh như thế nào các tổn thương DNA.

Trong nghiên cứu hiện tại, nhóm Johns Hopkins, dẫn đầu bởi Ha và Bin Wu, tiến sĩ, trợ lý giáo sư sinh lý học và hóa sinh tại Đại học Y khoa Johns Hopkins, đã truyền xung điện cho nuôi cấy tế bào thận phôi người và các tế bào ung thư xương, mở lỗ chân lông trong màng tế bào và cho phép phức hợp CRISPR với phân tử RNA hoạt hóa ánh sáng trượt vào các tế bào. Sau đó, các nhà khoa học đã đợi 12 giờ để phức hợp CRISPR liên kết với một vị trí mục tiêu trên DNA bộ gen.

Khi họ chiếu ánh sáng vào các tế bào, họ đã theo dõi lượng thời gian cần thiết để tổ hợp CRISPR thực hiện việc cắt giảm.

Nhóm nghiên cứu nhận thấy rằng trong vòng 30 giây chiếu ánh sáng vào các tế bào, tổ hợp CRISPR đã cắt giảm hơn 50% mục tiêu.

Để tiếp tục kiểm tra thời gian sửa chữa DNA, các nhà khoa học Johns Hopkins đã theo dõi khi các protein liên quan đến sửa chữa DNA bám vào các vết cắt DNA. Họ xác định rằng các protein sửa chữa đã bắt đầu công việc của họ trong vòng hai phút sau khi kích hoạt CRISPR và việc sửa chữa được hoàn thành sớm nhất là 15 phút sau.

"Chúng tôi đã chỉ ra rằng việc cắt gen kích hoạt bằng ánh sáng rất nhanh và nó có khả năng ứng dụng rộng rãi trong nghiên cứu y sinh học." Hà nói. "Tiết lộ thời điểm cắt gen CRISPR cho phép chúng tôi thấy các quá trình sinh học chính xác hơn nhiều." Ha và nhóm Johns Hopkins đã đặt tên cho kỹ thuật này là "CRISPR rất nhanh theo yêu cầu".

Hà cũng lưu ý rằng kích hoạt ánh sáng cung cấp kiểm soát vị trí tốt hơn so với các loại thuốc có thể khuếch tán rộng rãi trong tế bào.

Nhóm Johns Hopkins cũng sử dụng kính hiển vi có độ phân giải cao để "xem" cách thức các protein sửa chữa tương tác với vị trí cắt CRISPR trong các tế bào sống.

Họ đã sử dụng các kính hiển vi này và một chùm ánh sáng tập trung để cho thấy rằng họ có thể kích hoạt cắt CRISPR của một trong hai bản sao gen thường thấy trong các tế bào người. Khả năng này, theo họ, mang lại cơ hội sử dụng CRISPR để nghiên cứu và cuối cùng điều trị các tình trạng liên quan đến chỉ một bản sao gen bất thường, chẳng hạn như bệnh Huntington.

"Có một cộng đồng nghiên cứu lớn quan tâm đến việc nghiên cứu thiệt hại DNA và tác động của nó", Ha nói. "Công nghệ chúng tôi phát triển rất phù hợp để nghiên cứu điều đó."

Hà lưu ý rằng các nhà khoa học thường sử dụng bức xạ ion hóa hoặc hóa chất để nghiên cứu thiệt hại DNA. Trong khi những phương pháp đó cũng có thể nhanh chóng, ông nói, chúng không cụ thể cho một vị trí gen nhất định.

Nhóm nghiên cứu đã nộp bằng sáng chế tạm thời về công nghệ CRISPR được mô tả trong nghiên cứu này.


Nguồn: Tài liệu được cung cấp bởi Johns Hopkins Y học 
- Thuocbietduoc.com.vn cung cấp thông tin về hơn 30.000 loại thuốc theo toa, thuốc không kê đơn. - Các thông tin về thuốc trên Thuocbietduoc.com.vn cho mục đích tham khảo, tra cứu và không dành cho tư vấn y tế, chẩn đoán hoặc điều trị. - Khi dùng thuốc cần tuyệt đối tuân theo theo hướng dẫn của Bác sĩ
- Chúng tôi không chịu trách nhiệm về bất cứ hậu quả nào xảy ra do tự ý dùng thuốc dựa theo các thông tin trên Thuocbietduoc.com.vn
Thông tin Thuốc và Biệt Dược
- Giấy phép ICP số 235/GP-BC.
© Copyright Thuocbietduoc.com.vn
- Contact: VBCmedia, Jsc. - No 34, Louis Metropolis, Hanoi - Email: contact@thuocbietduoc.com.vn