Genredigering med Crispr spås å revolusjonere behandlingen av genetiske sykdommer, men metoden medfører risiko for andre genetiske endringer enn man planla. En ny og oppgradert Crispr-metode, dobbel primærredigering, kan redusere risikoen.
– Å bruke dobbel primærredigering blir som å bruke to retteprogrammer samtidig til å redigere hver sine deler av et avsnitt av en tekst, forklarer Harvard-professor David Liu, en av forskerne bak den nye metoden, til Harvard Gazette.
Dobbel primærredigering (Twin prime editing, også kalt TwinPE) gjør det mulig å fjerne, sette inn, eller bytte ut lengre DNA-biter i genomet, men uten dobbelttrådkuttene som kjennetegner Doudna og Charpentiers Crispr-metode fra 2012. Dette gjør at man ikke risikerer å få utilsiktede endringer i samme grad som ved vanlig genredigering med Crispr, der begge DNA-trådene klippes på samme sted.
Det å innføre dobbeltrådkutt i genomet medfører også en risiko for å introdusere nye feil i DNA-koden.
To kutt kan gi feil
Genredigering med Crispr har flere fordeler sammenlignet med klassiske metoder for genterapi. Der man ved dagens genterapier setter inn nytt genetisk materiale i cellene, kan man med Crispr-metoden reparere genfeilen direkte i genomet og gjøre flere typer genetiske endringer.
Crispr blir omtalt som en gensaks og består av klippeproteinet Cas og en spesialdesignet RNA-tråd som viser hvor det skal klippes. Denne RNA-tråden kan målstyre klippeproteinet til en ønsket sekvens i genomet, der gensaksen vil klippe i begge de to trådene i DNA-heliksen. Cellens egne reparasjonsmekanismer vil forsøke å reparere kuttet, og disse mekanismene utnyttes for å gjøre de ønskede genetiske endringene i DNA-koden.
Men å lage dobbeltrådkutt i genomet medfører en risiko for å introdusere nye feil i DNA-koden. Det er rapportert om både såkalte off-target effekter (genetiske endringer andre steder med lignede sekvens), og såkalte on-target effekter (at det kuttes på riktig sted, men at reparasjonsmekanismene feiler slik at større DNA-segmenter faller bort eller stokkes om) ved bruk av Crispr. Fordi metoden benytter cellens egne reparasjonsmekanismer til å reparere bruddet, kan Crispr-redigert DNA ende opp med ulike mer eller mindre tilfeldige, og gjerne uønskede, endringer. Dette begrenser også hvilke typer genfeil som kan repareres ved hjelp av Crispr-Cas9.
Nye Crispr-teknikker
For å løse disse utfordringene, har forskere de siste årene jobbet med å forbedre Crispr-verktøyet. Ved å endre på klippeproteinet, koble det til andre proteiner, eller legge til nye elementer i guide-RNA-et har man oppnådd spesialiserte Crispr-varianter med nye bruksområder. Forskere har blant annet utviklet Crispr-varianter som gjør det mulig å endre enkeltbaser, «bokstaver», i DNA-koden (baseredigering), Crispr-varianter som kan skru gener «av» eller «på» (CRISPRoff/CRISPRon), og Crispr-varianter som gjør det mulig å sette inn en kort DNA-sekvens uten å lage dobbelttrådkutt i genomet (primærredigering).
Ved primærredigering er klippeproteinet Cas endret slik at det bare kutter i ett av DNA-molekylets to tråder. Det gir mindre risiko for de uønskede genetiske endringene som kan oppstå ved metoder som baserer seg på dobbeltrådkutt. Men mange genetiske sykdommer skyldes større strukturelle genfeil, som ikke kan repareres på denne måten. Den nye metoden, dobbel primærredigering, er utviklet av forskere ved MIT og Harvards Broad institute.
Professor David Liu og hans kolleger har utviklet et system som bruker to forskjellige guide-RNA. Disse er rettet mot hver sin DNA-tråd, og styrer hver sin redigeringshendelse. Ved å redigere to nærliggende deler av DNA-sekvensen samtidig blir redigeringsprosessen mer effektiv.
Kan reparere større genfeil
For å undersøke om den nye metoden kan brukes til å reparere genfeil som kan gi sykdom, gjorde forskerne flere typer endringer i gener i humane celler. I en studie publisert i Nature Biotechnology viste forskerne at dobbel primærredigering kan brukes til å til å fjerne, bytte ut eller sette inn lengre strekk med DNA i humane celler med redusert risiko for at det samtidig oppstår uønskede genetiske endringer. De viste også et metoden kan brukes til å sette inn DNA-sekvenser på flere tusen baser på et ønsket sted i genomet, og til å korrigere store, strukturelle genfeil.
En del pasienter med den genetisk betingede stoffskiftesykdommen Hunters sykdom, har en genvariant der et rundt 40.000 bokstaver langt strekk av gensekvensen har motsatt retning. Dette gjør at cellen leser av dette genet feil. Liu og hans kolleger viste at de kunne snu rundt på et tilsvarende langt strekk av gensekvensen i det samme genet ved å bruke dobbel primærredigering sammen med et spesielt protein, en såkalt stedsspesifikk rekombinase, som er spesialist på å bytte om på DNA-segmenter. Forskerne brukte metoden til å sette inn «landingsplasser» for rekombinaseproteinet i DNA-et for å vise proteinet «veien til» riktig sted i genomet, slik at det kunne snu rundt på den riktige gensekvensen. Dette er et viktig gjennombrudd fordi det viser at Crispr også kanskje kan brukes til å reparere store strukturelle genfeil direkte i genomet.
