Med hjälp av en modifierad version av CRISPR-genomredigeringssystemet, MIT -forskare har utvecklat ett nytt sätt att screena efter gener som skyddar mot specifika sjukdomar.

CRISPR används normalt för att redigera eller ta bort gener från levande celler. Dock, MIT -teamet anpassade det för att slumpmässigt slå på eller stänga av olika genuppsättningar över stora populationer av celler, tillåter forskarna att identifiera gener som skyddar celler från ett protein associerat med Parkinsons sjukdom.

Den nya tekniken, beskrivs i tidningen Molekylär cell , erbjuder ett nytt sätt att söka läkemedelsmål för många sjukdomar, inte bara Parkinsons, säger Timothy Lu, en MIT -docent i elektroteknik och datavetenskap och i biologisk teknik.

"Den senaste tekniken är just nu inriktad på två eller tre gener samtidigt och sedan titta på effekterna, men vi tror att de genuppsättningar som behöver moduleras för att hantera några av dessa sjukdomar faktiskt är bredare än så, "säger Lu, vem är seniorförfattare till studien.

Tidningens huvudförfattare är postdoc Ying-Chou Chen och doktorand Fahim Farzadfard.

Slå på eller av gener

CRISPR-genomredigeringssystemet består av ett DNA-skärande enzym som heter Cas9 och korta RNA-guide-strängar som riktar sig mot specifika sekvenser av genomet, berättar för Cas9 var han ska göra sina nedskärningar. Med denna process, forskare kan göra riktade mutationer i genomerna hos levande djur, antingen radera gener eller infoga nya.

I den nya studien, MIT -teamet inaktiverade Cas9:s skärförmåga och konstruerade proteinet så att efter bindning till en målplats, det rekryterar transkriptionsfaktorer (proteiner som krävs för att slå på gener).

Genom att leverera denna version av Cas9 tillsammans med guide -RNA -strängen till enstaka celler, forskarna kan rikta in sig på en genetisk sekvens per cell. Varje guide -RNA kan träffa en enda gen eller flera gener, beroende på den specifika styrsekvensen. Detta gör att forskare slumpmässigt kan screena hela genomet för gener som påverkar cellöverlevnad.

"Det vi bestämde oss för att göra var att ta ett helt opartiskt tillvägagångssätt där istället för att rikta in enskilda gener av intresse, vi skulle uttrycka randomiserade guider inuti cellen, "Säger Lu." Med den metoden, kan vi screena för guide -RNA som har ovanligt starka skyddande aktiviteter i en modell av neurodegenerativ sjukdom. "

Forskarna använde denna teknik i jästceller som är genetiskt konstruerade för att överproducera ett protein associerat med Parkinsons sjukdom, känd som alfa-synuklein. Detta protein, som bildar klumpar i hjärnan hos Parkinsons patienter, är normalt giftigt för jästceller.

Med denna skärm, MIT -teamet identifierade en guide RNA -sträng som hade en mycket kraftfull effekt, hålla celler vid liv mycket mer effektivt än någon av de enskilda gener som tidigare har befunnits skydda denna typ av jästceller.

Ytterligare genetisk screening visade att många av generna som aktiveras av denna guide -RNA -sträng är chaperonproteiner, som hjälper andra proteiner att vika till rätt form. Forskarna antar att dessa chaperonproteiner kan hjälpa till med korrekt vikning av alfa -synuklein, vilket kan förhindra att det bildar klumpar.

Andra gener som aktiveras av guide -RNA kodar för mitokondriella proteiner som hjälper celler att reglera deras energimetabolism, och handel med proteiner som är involverade i förpackning och transport av andra proteiner. Forskarna undersöker nu om guide -RNA slår på var och en av dessa gener individuellt eller om det aktiverar en eller flera reglerande gener som sedan slår på de andra.

Skyddande effekter

När forskarna väl identifierat dessa gener i jäst, de testade de mänskliga ekvivalenterna i mänskliga neuroner, odlas i en labrätt, som också överproducerar alfa -synuklein. Dessa mänskliga gener skyddade också mot alfa-synukleininducerad död, tyder på att de kan vara värda att testa som genterapibehandlingar för Parkinsons sjukdom, Säger Lu.

Wilson Wong, en biträdande professor i biomedicinsk teknik vid Boston University, säger studien belyser de olika applikationer som CRISPR/Cas9 kan användas för.

"Det är också intressant att se att de kan använda jäst som utgångspunkt för en genetisk skärm och identifiera vägledande RNA som skyddar för alfa-synukleintoxicitet i däggdjursceller, "säger Wong, som inte var inblandad i forskningen. "Detta arbete kan bana väg för användning av randomiserade guide -RNA och jäst för att förhöra komplex mänsklig biologi."

Lu's lab använder nu detta tillvägagångssätt för att screena för gener relaterade till andra störningar, och forskarna har redan identifierat några gener som verkar skydda mot vissa effekter av åldrande.

Denna artikel publiceras på nytt med tillstånd av MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), en populär webbplats som täcker nyheter om MIT -forskning, innovation och undervisning.