Ett team vid Montana State University publicerade forskning denna månad som visar hur RNA, den nära kemiska kusinen till DNA, kan redigeras med hjälp av CRISPRs. Arbetet avslöjar en ny process i mänskliga celler som har potential att behandla en mängd olika genetiska sjukdomar.

Postdoktorala forskarna Artem Nemudryi och Anna Nemudraia genomförde forskningen tillsammans med Blake Wiedenheft, professor vid institutionen för mikrobiologi och cellbiologi vid MSU:s College of Agriculture. Uppsatsen, med titeln "Repair of CRISPR-guided RNA breaks enables site-specific RNA excision in human cells", publicerades online den 25 april i tidskriften Science och utgör det senaste framsteg i teamets pågående utforskning av CRISPR-applikationer för programmerbar genteknik.

CRISPR, som står för Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, är en typ av immunsystem som bakterier använder för att känna igen och bekämpa virus. Wiedenheft, en av landets ledande CRISPR-forskare, sa att systemet har använts i åratal för att klippa och redigera DNA, men att tillämpningen av liknande teknologi på RNA saknar motstycke.

DNA-redigering använder ett CRISPR-associerat protein som heter Cas9, medan redigering av RNA kräver användning av ett annat CRISPR-system, kallat typ-III.

"I vårt tidigare arbete använde vi typ III CRISPRs för att redigera viralt RNA i ett provrör", säger Nemudryi. "Men vi undrade, kan vi programmera manipulation av RNA i en levande mänsklig cell?"

För att utforska den frågan programmerade teamet typ III CRISPR-proteiner för att skära RNA som innehåller en mutation som orsakar cystisk fibros, vilket återställer cellfunktionen.

"Vi var övertygade om att vi kunde använda dessa CRISPR-system för att skära RNA på ett programmerbart sätt, men vi blev alla förvånade när vi sekvenserade RNA:t och insåg att cellen hade sytt ihop RNA:t igen på ett sätt som tog bort mutationen," sa Wiedenheft.

Nemudryi noterade att RNA är övergående i cellen; den förstörs och ersätts ständigt.

"Den allmänna uppfattningen är att det inte är någon mening med att reparera RNA," sa han. "Vi spekulerade i att RNA skulle repareras i levande mänskliga celler, och det visade sig vara sant."

Wiedenheft har handlett de två postdoktorala forskarna sedan de kom till MSU för nästan sex år sedan och sa att effekten av deras vetenskapliga bidrag kommer att leda till betydande och fortsatta framsteg.

"Arbetet som gjorts av Artem och Anna tyder på att RNA-reparation kan vara en grundläggande aspekt av biologin och att utnyttjandet av denna aktivitet kan leda till nya livräddande botemedel", säger Wiedenheft. "Artem och Anna är två av de mest briljanta vetenskapsmän jag någonsin har mött, och jag är övertygad om att deras arbete kommer att ha en bestående inverkan på mänskligheten."

RNA-redigering har viktiga tillämpningar i sökandet efter behandlingar av genetiska sjukdomar, sa Nemudryi. RNA är en tillfällig kopia av en cells DNA, som fungerar som en mall. Att manipulera mallen genom att redigera DNA kan orsaka oönskade och potentiellt irreversibla säkerhetsförändringar, men eftersom RNA är en tillfällig kopia, sa han, är ändringar som görs i huvudsak reversibla och medför mycket mindre risk.

"Människor använde Cas9 för att bryta DNA och studera hur celler reparerar dessa brott. Sedan, baserat på dessa mönster, förbättrade de Cas9-redigerare", säger Nemudraia. "Här hoppas vi att samma sak kommer att hända med RNA-redigering. Vi skapade ett verktyg som låter oss studera hur cellerna reparerar sitt RNA, och vi hoppas kunna använda denna kunskap för att göra RNA-redigerare mer effektiva."

I den nya publikationen visar teamet att en mutation som orsakar cystisk fibros framgångsrikt kan avlägsnas från RNA. Men detta är bara en av tusentals kända mutationer som orsakar sjukdom. Frågan om hur många av dem som skulle kunna lösas med denna nya RNA-redigeringsteknik kommer att vägleda framtida arbete för Nemudryi och Nemudraia när de avslutar sin postdoktorala utbildning vid MSU och förbereder sig för fakultetstjänster vid University of Florida i höst. Båda krediterade Wiedenheft som en livsförändrande mentor.

"Blake lärde oss att inte vara rädda för att testa några idéer", sa Nemudraia. "Som vetenskapsman bör du vara modig och inte vara rädd för att misslyckas. RNA-redigering och reparation är terra incognita. Det är skrämmande men också spännande. Du känner att du jobbar på vetenskapens utkant och tänjer på gränserna till där ingen har varit tidigare."

Mer information: Anna Nemudraia et al, Repair of CRISPR-guided RNA breaks möjliggör platsspecifik RNA-excision i mänskliga celler, Science (2024). DOI:10.1126/science.adk5518

Journalinformation: Vetenskap

Tillhandahålls av Montana State University