Biomedya - Biyoteknoloji & Yaşam Bilimleri

UW Kök Hücre ve Rejeneratif Tıp Enstitüsü'nde (ISCRM) doktora sonrası araştırmacı olan makalenin baş yazarı Shiri Levy, yaklaşımın araştırmacıların normal hücre büyümesi ve gelişiminde, yaşlanmada ve kanser gibi hastalıklarda bireysel genlerin oynadığı rolü anlamalarına olanak sağlayacağını söyledi.

Levy, "Bu yaklaşımın güzelliği, genomu kalıcı olarak değiştirmeden ve istenmeyen hatalara neden olmadan hücre aktivitesini etkilemek için belirli genleri güvenli bir şekilde yeniden düzenleyebilmemizdir." dedi. 

Proje, biyokimya profesörü ve ISCRM müdür yardımcısı Hannele Ruohola-Baker tarafından yönetildi. AI tarafından tasarlanan protein, aynı zamanda biyokimya profesörü ve IPD başkanı David Baker'ın önderliğinde UW Tıp Protein Tasarımı Enstitüsü'nde (IPD) geliştirildi.

Yeni teknik, kromozomlarımızdaki genleri paketlemeye ve aktivitelerini düzenlemeye yardımcı olan kimyasal modifikasyonları hedefleyerek genomun DNA dizisini değiştirmeden gen aktivitesini kontrol eder. Bu modifikasyonlar genlerde değil, genlerin üzerinde gerçekleştiği için, Yunanca epi'den genlerin ‘üzerinde’ veya ‘üstünde’ epigenetik olarak adlandırılırlar. Gen aktivitesini düzenleyen kimyasal modifikasyonlara epigenetik belirteçler denir. 

Bilim adamları epigenetik modifikasyonlarla özellikle ilgileniyorlar çünkü bunlar sadece normal hücre fonksiyonundaki gen aktivitesini etkilemekle kalmıyor, epigenetik belirteçler zamanla birikir, yaşlanmaya katkıda bulunur ve çocuklarımıza aktarabileceğimiz için gelecek nesillerin sağlığını etkileyebilir. 

Levy ve meslektaşları çalışmalarında, metil grubu adı verilen küçük bir molekülü histon adı verilen genleri paketleyen bir proteine​​bağlayarak genleri susturan PRC2 adı verilen bir protein kompleksine odaklandılar. Bu metil grupları yenilenmelidir, böylece PRC2 bloke edilirse susturduğu genler yeniden uyandırılabilir.  

PRC2 gelişim boyunca aktiftir ancak embriyonik hücrelerin büyüyen embriyonun dokularını ve organlarını oluşturacak çeşitli hücre tiplerine farklılaştığı yaşamın ilk günlerinde özellikle önemli bir rol oynar. PRC2 kimyasallarla bloke edilebilir, ancak kesin değildirler ve genom boyunca PRC2 fonksiyonunu etkilerler. UW araştırmacılarının amacı, bir seferde yalnızca bir genin etkilenmesi için PRC2'yi engellemenin bir yolunu bulmaktı.

Bunu yapmak için David Baker ve meslektaşları, PRC2'ye bağlanacak ve PRC2'nin histonları değiştirmek için kullandığı bir proteini bloke edecek bir protein oluşturmak için AI kullanıyor. Ruohola-Baker ve Levy daha sonra bu tasarlanmış proteini Cas9 adlı bir proteinin devre dışı bırakılmış bir versiyonuyla kaynaştırdı. 

Cas9, CRISPR adı verilen gen düzenleme sürecinde kullanılan proteindir. Cas9, RNA'yı adres etiketi olarak bağlar ve kullanır. Sistem, bilim adamlarının belirli bir "adres etiketi" RNA'sını sentezleyerek Cas9'u genomda kesin bir konuma getirmesine ve dolayısıyla genleri belirli bölgelerde kesip birleştirmesine olanak tanır. Ancak bu deneyde, Cas9 proteininin kesme işlevi devre dışı bırakılır, böylece genomik DNA dizisi değişmez. Sonuç olarak, "ölü" anlamına gelen dCas9 olarak adlandırılır. Ancak, belirli bir yere kargo teslim etmek için bir “araç” olarak Cas9 işlevi aktif kalır. AI tarafından tasarlanmış bloke edici protein, dCas9-RNA yapısının kargosuydu. Levy, “Seni genomda gitmek istediğin herhangi bir yere götürecek. Rehber RNA, dCas9 UBER'e nereye gideceğini söyleyen bir yolcu gibidir.” dedi. 

Yeni makalede, Levy ve meslektaşları, bu tekniği kullanarak, PRC2'yi bloke edebildiklerini ve seçici olarak dört farklı geni açabildiklerini gösteriyor. Ayrıca, indüklenmiş pluripotent kök hücreleri, sadece iki geni açarak plasental progenitör hücrelere dönüştürebildiklerini de gösterebildiler. 

Levy, "Bu teknik, hücrelerin farklılaşmalarını sağlamak için çeşitli büyüme faktörleri ve gen aktivatörleri ve baskılayıcıları ile bombardıman etmekten kaçınmamıza izin veriyo. Bunun yerine, gen transkripsiyon promotörlerinin bölgesindeki belirli bölgeleri hedefleyebilir, bu işaretleri kaldırabilir ve gerisini hücrenin organik, bütünsel bir şekilde yapmasına izin verebiliriz. “dedi.

Son olarak, araştırmacılar, tekniğin, bireysel genlerin aktive edildiği belirli PRC2 kontrollü düzenleyici bölgelerin yerini bulmak için nasıl kullanılabileceğini gösterebildiler. Bunların çoğunun yeri bilinmiyor. Bu durumda, TBX18 adlı bir gen için TATA kutusu adı verilen bir promotör bölgesi belirlediler. Şu anki düşünce bu promotör bölgelerin gene yakın olduğu yönünde olsa da 30 DNA baz çiftinde bu gen için promotör bölgenin 500 baz çiftinden daha uzakta olduğunu buldular.

Ruohola-Baker, "Bu çok önemli bir bulguydu. TATA kutuları genom boyunca dağılmıştır ve biyolojideki mevcut düşünce, önemli TATA kutularının gen transkripsiyon bölgesine çok yakın olduğu ve diğerlerinin önemli olmadığıdır. Bu aracın gücü, kritik PRC2 bağımlı öğeleri, bu durumda önemli olan TATA kutularını bulabilmesidir.”dedi.

Epigenetik modifikasyonlar, normal ve anormal hücrelerde genomun geniş bölgelerini süsler. Bununla birlikte, epigenetik modifikasyon için minimum işlevsel birim hala tam olarak anlaşılamamıştır, diyor Ruohola-Baker, "Bu iki ilerleme, AI tarafından tasarlanmış proteinler ve CRISPR teknolojisi ile artık gen ifadesi için önemli olan kesin epigenetik işaretleri bulabiliriz, kuralları ve bunları hücre fonksiyonunu kontrol etmek, hücre farklılaşmasını sağlamak ve 21. yüzyıl terapilerini geliştirmek için kullanır.

Makale:cell.com