Στις 16 Νοεμβρίου η Βρετανία ενέκρινε τη θεραπεία επεξεργασίας γονιδιώματος CRISPR-Cas9 για τη δρεπανοκυτταρική νόσο. Λιγότερο από ένα μήνα μετά, στις 8 Δεκεμβρίου, ο Οργανισμός Τροφίμων και Φαρμάκων (FDA) των ΗΠΑ ενέκρινε με τη σειρά του τη συγκεκριμένη θεραπεία. Η έγκριση-ορόσημο της πρώτης θεραπείας CRISPR ανοίγει το δρόμο για νέες θεραπείες που βασίζονται σε πιο αποτελεσματικούς και ακριβείς επεξεργαστές γονιδιώματος. Πολλές άλλες θεραπείες με βάση την τεχνολογία CRISPR-Cas9 δοκιμάζονται σήμερα σε κλινικές δοκιμές για μια σειρά ασθενειών.

«Τείνουμε να τις αποκαλούμε πρώτη γενιά επεξεργασίας του γονιδιώματος», δήλωσε στο περιοδικό «Nature» ο Κιθ Γκότεσντινερ, διευθύνων σύμβουλος της Prime Medicine, μιας εταιρείας στο Κέιμπριτζ της Μασαχουσέτης που αναπτύσσει θεραπείες επεξεργασίας γονιδιώματος. «Μπορούν να κάνουν κάποια αξιοσημείωτα πράγματα, αλλά είναι αρκετά περιορισμένες», πρόσθεσε.

Τώρα, ωστόσο, υπάρχει μια νέα γενιά συστημάτων με βάση το CRISPR που ξεπερνούν αυτούς τους περιορισμούς. Αυτά τα συστήματα επεξεργάζονται το DNA με μεγαλύτερη ακρίβεια και ευελιξία από ό,τι μπορούσαν να επιτύχουν οι πρώτοι επεξεργαστές γονιδιώματος. Μπορούν επίσης να ενεργοποιήσουν γονίδια, κάτι που τα αρχικά εργαλεία δεν μπορούσαν να κάνουν. Η έγκριση του κλασικού CRISPR-Cas9 θέτει τις βάσεις για την επόμενη γενιά τεχνικών επεξεργασίας γονιδιώματος, εξήγησε η Μαριάν Κάρλον, ειδική στις πνευμονικές παθήσεις στο Εργαστήριο Αναπνευστικών Παθήσεων και Θωρακοχειρουργικής στο Καθολικό Πανεπιστήμιο του Leuven στην Ολλανδία.

Ποια είναι η νέα γενιά τεχνικών επεξεργασίας γονιδιώματος

- Advertisement -

Επεξεργαστές βάσης (Base editing)

Η επεξεργασία του γονιδιώματος προσφέρει την ευκαιρία να διορθωθούν οι μεταλλάξεις που προκαλούν την κυστική ίνωση, η οποία επηρεάζει τους πνεύμονες και το πεπτικό σύστημα. Ωστόσο, οι κλασικές προσεγγίσεις CRISPR-Cas9 δεν είναι ιδιαίτερα αποτελεσματικές.

«Το CRISPR είναι πολύ καλύτερο στο να καταστρέφει παρά να διορθώνει», εξήγησε ο Γκότεσντινερ.

Η Κάρλον διερευνά μια θεραπεία που βασίζεται στην επεξεργασία βάσεων, η οποία μπορεί να αλλάξει μεμονωμένα γράμματα του DNA, ή βάσεις – μετατρέποντας ένα Α σε G, για παράδειγμα, ή ένα C σε Τ. Η επεξεργασία βάσεων βασίζεται στο ένζυμο Cas9 που χρησιμοποιείται στο αρχικό σύστημα CRISPR για να στοχεύει αυτές τις αλλαγές στο σωστό σημείο. Αλλά σε αντίθεση με το «συμβατικό» CRISPR-Cas9, η επεξεργασία βάσεων δεν κόβει συνήθως και τις δύο αλυσίδες του DNA σε αυτό το σημείο. Αντ’ αυτού, το Cas-9 καθοδηγεί άλλα ένζυμα στο επιλεγμένο σημείο, όπου μπορούν να κάνουν την απαραίτητη εργασία για να αλλάξουν τις βάσεις του DNA.

Τα τελευταία επτά χρόνια οι ερευνητές έχουν αναπτύξει τρόπους για να μειώσουν τον αριθμό των ανεπιθύμητων αλλαγών στο DNA που παράγει και να συρρικνώσουν το μέγεθος των συστατικών του, ώστε να μπορούν να μεταφερθούν ευκολότερα στα κύτταρα. Οι θεραπείες επεξεργασίας βάσεων χρησιμοποιούνται ήδη σε πρώιμες κλινικές δοκιμές, συμπεριλαμβανομένης μιας θεραπείας για την υψηλή χοληστερόλη και μια μορφή λευχαιμίας. Αλλά η αξιοσημείωτη ακρίβεια της τεχνικής έχει ως κόστος την ανελαστικότητά του καθώς μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την τροποποίηση μόνο ορισμένων αλληλουχιών DNA και δεν μπορεί να εισάγει κομμάτια DNA στο γονιδίωμα.

(Howard Hughes Medical Institute)

Primeediting

Το 2019, ένα νέο σύστημα CRISPR που ονομάζεται prime editing υπόσχεται να αντιμετωπίσει αυτούς τους περιορισμούς. Η τεχνολογία αυτή μπορεί να αλλάξει μεμονωμένες βάσεις DNA, αλλά μπορεί επίσης είτε να εισάγει είτε να διαγράψει μικρά τμήματα DNA σε στοχευμένες θέσεις. Είναι πιο ευέλικτη από την επεξεργασία βάσεων, καθώς μπορεί να στοχεύσει και να διορθώσει σχεδόν οποιαδήποτε θέση στο γονιδίωμα. Είναι όμως και πιο περίπλοκη. Παρόλα αυτά, οι ερευνητές την έχουν βελτιώσει σχεδιάζοντας καλύτερα ένζυμα.

Το 2024 η Prime Medicine σχεδιάζει να ζητήσει άδεια από τον Οργανισμό Τροφίμων και Φαρμάκων των ΗΠΑ για να ξεκινήσει μια κλινική δοκιμή μιας θεραπείας prime-editing για τη χρόνια κοκκιωματώδη νόσο, μια γενετική διαταραχή του ανοσοποιητικού συστήματος.

Εν τω μεταξύ, οι ερευνητές διευρύνουν τα όρια της τεχνολογίας αυτής, επινοώντας τρόπους για την εισαγωγή όλο και μεγαλύτερων κομματιών DNA σε στοχευμένες θέσεις του γονιδιώματος. Αυτό ανοίγει το δρόμο για την αντικατάσταση ολόκληρων γονιδίων, δήλωσε ο Ομάρ Αμπουνταγιέ, βιολόγος μηχανικός στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης. Αυτό διευκολύνει την ανάπτυξη μιας θεραπείας για γενετικές διαταραχές, όπως η κυστική ίνωση, που μπορεί να οφείλεται σε πολλές διαφορετικές μεταλλάξεις ενός συγκεκριμένου γονιδίου. Αντί να σχεδιάζονται θεραπείες για τη διόρθωση κάθε μετάλλαξης, ίσως μια μέρα καταστεί δυνατή η αντικατάσταση του ελαττωματικού αντιγράφου του γονιδίου με ένα καινούργιο.

(Wikipedia)

Επεξεργασία επιγονιδιώματος (Epigenome editing)

Εκτός από την τροποποίηση της αλληλουχίας ενός γονιδίου, τα συστήματα CRISPR μπορούν να αλλάξουν τον τρόπο έκφρασης των γονιδίων μεταβάλλοντας το επιγονιδίωμα, συμπεριλαμβανομένης της σειράς χημικών τροποποιήσεων του DNA που μπορούν να επηρεάσουν τη γονιδιακή δραστηριότητα.

Οι τεχνολογίες που στοχεύουν στο επιγονιδίωμα δεν έχουν προχωρήσει τόσο όσο η επεξεργασία βάσεων. Εν μέρει, αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι οι επιστήμονες υπέθεταν ότι οι επεξεργασίες του επιγονιδιώματος θα διαγράφονταν κατά τη διάρκεια της κυτταρικής διαίρεσης, σύμφωνα με τον Ντέρεκ Γιάντζ, επιστημονικό διευθυντή της Tune Therapeutics στη Βόρεια Καρολίνα. Τον Μάιο, οι επιστήμονες της Tune κατάφεραν να αποσιωπήσουν ένα γονίδιο που ονομάζεται PCSK9, το οποίο ρυθμίζει τη χοληστερόλη, σε μη ανθρώπινα πρωτεύοντα, χωρίς να αλλάξουν τις βάσεις στο ίδιο το DNA. Χρησιμοποίησαν μια μέθοδο που προσθέτει χημικές ετικέτες -μεθυλικές ομάδες- οι οποίες συνδέονται στο DNA και ρυθμίζουν τη δραστηριότητα του γονιδίου. Τα αποτελέσματα διατηρήθηκαν για τουλάχιστον 11 μήνες.

Η μεγάλη διάρκεια θα μπορούσε να δώσει στην τεχνολογία αυτή ένα πλεονέκτημα έναντι ορισμένων φαρμάκων που βασίζονται σε RNA και τα οποία πρέπει να επαναχορηγούνται κάθε λίγες εβδομάδες ή μήνες. Και το γεγονός ότι η θεραπεία δεν περιλαμβάνει αλλαγή του DNA ανακουφίζει από τις ανησυχίες για την ασφάλεια που έχουν οι ρυθμιστικές αρχές σχετικά με τις θεραπείες CRISPR-Cas9, σύμφωνα με τους ερευνητές.

Η καλύτερη κατανόηση του επιγονιδιώματος θα μπορούσε να ωθήσει αυτές τις θεραπείες προς τα εμπρός, δήλωσε ο Λέι Στάνλεϊ Κι, συνθετικός βιολόγος στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ στην Καλιφόρνια, και να αντιμετωπίσει ασθένειες που άλλες μορφές επεξεργασίας CRISPR δεν μπορούν. Η Tune, για παράδειγμα, ελπίζει να χρησιμοποιήσει την επεξεργασία του επιγονιδιώματος για τη θεραπεία των λοιμώξεων από τον ιό της ηπατίτιδας Β, αποσιωπώντας το DNA του ιού που μπορεί να παραμονεύει στα κύτταρα ακόμη και μετά τις αντι-ιικές θεραπείες.

Αν και τέτοιες εφαρμογές απέχουν πολύ από την επεξεργασία CRISPR-Cas9 που χρησιμοποιήθηκε στο πρώτο εγκεκριμένο φάρμακο CRISPR, οι εγκρίσεις των ρυθμιστικών αρχών συμβάλλουν στην καθιέρωση της τεχνολογίας ως βιώσιμου τρόπου θεραπείας ασθενειών. Αυτό, με τη σειρά του, θα μπορούσε να ενισχύσει το ενδιαφέρον για την επεξεργασία του επιγονιδιώματος.

«Αυτή η έγκριση είναι τεράστια υπόθεση. Μετά από αυτό, υποθέτω ότι θα μπούμε σε μια γρήγορη τροχιά», κατέληξε ο ερευνητής.

ΠΗΓΗ: Nature