Mitokondrinin CRISPR Düzenlenmesi: Yeni Biyoteknoloji Umut Vaat...

Mitokondrinin CRISPR Düzenlenmesi: Yeni Biyoteknoloji Umut Vaat ediyor mu?

Nükleer genomun düzenlenmesinde CRISPR\Cas9 sistemi yaygın bir uygulama göstermesine rağmen, mitokondriyal genomun düzenlenmesinde sorunlu olmuştur.

Küçük mtDNA ‘da temel sorun,uygun düzenleme bölgelerinin eksikliği ve kılavuz RNA ‘yı nükleotitlere erişilebilen mitokondriyal matrise aktarmanın geleneksel zorluğu olmuştur.

Son günlerde yayınlanan iki makale de şunlar önerilmektedir; her iki cephede önemli ilerleme kaydedildiği öne sürülüyor. SCIENCE CHINA life sciences dergisinde yayınlanan ilk makale, Crıspr tekniklerini farklı mikrohomolog mtDNA bölgelerinde inversiyon\delesyon olaylarını indüklemek için kullanıldı. Bu inversiyon\delesyon (Indel) olayları özellikle DBS(Double-strand-break) lezyonları tarafından tetiklendi. InDel mutajenlerinin sgRNA çoğullama ve iniparib (DBS onarım inhibitörü)’ler ile önemli ölçüde iyileştirildiğini bulmuşlardır. Böylelikle mtDNA’yı manipüle etmek için yeniden kablolama DBS onarım mekanizmaları önerildi. İkinci makale Trends in Molecular Medicine, dergisinde yayınlandı, araştırıcılar farklı nükleer ve mitokondriyal düzenleme formlarındaki son gelişmeler hakkında global bir genel bakış sunuyorlar.

Bu yeni gelişmeler hakkında daha fazla bilgi alabilmek için ZFN(zinc finger nucleases )’lere dayalı mitokondriyal düzenleme uzmanı Pagam Gammage’ ye ulaştım. Bu nükleazlar ,kesin baz çifti lokasyonlarında bölünme için çift sarmallı mitokondriyi hedefleyebilir ve böylelikle hatalı nükleotitleri olan heteroplazmik mitokondriyi elemine edebilir. Payam Gammage kanserde bulunan en çok mutasyona uğramış 30 genden 25’inin mtDNA’da bulunduğunu keşfetti. Bu mutasyonlar tümörlerin yaklaşık %60 ında spesifik lokuslarda meydana gelir ve en azından kolorektal kanserde wtDNA ya kıyasla hastanın ömrünü yaklaşık 9 yıl uzatır.Kolorektal kanserlerin %70 ‘inden fazlası, %5 ‘in üzerindeki heteroplazi seviyelerinde bulunan en az bir mtDNA ya sahiptirler.

Nükleazlar doğru mitokondriyi seçerek zararlı mutasyonları düzenleyebilse de, tabiri caizse yeni varyantları düzenleyebilen mükemmel bir teknoloji henüz ortaya çıkmamıştır. Yukarıdaki makalelerde açıklanan CRISPR düzenleme yöntemleri umut verici görünse de, Payam,sürece engel teşkil edebilecek üç temel sorunu endişe ile ilişkilendirilmiştir.

İlk nokta, Life Science makalesinin sgRNA’yı mitokondriye hedefleme konusunu tam olarak ele almadığıdır. İkinci olarak, memeli mitozunda çok düşük seviyeli çift sarmallı bir kırılma dinleme daha önce tanımlanmıştı. gRNA olmadan yüksek seviyelerde ifade edilen cas 9 proteini, spesifik olmayan çift sarmallı indüksiyonla sonuçlanır. Üçüncüsü, araştırmacıların kullandığı DBS onarım inhibitörü, aslında düşünüleni yapmayabilir. Başka bir deyişle, bir zamanlar PARP’yı(poli(ADP-riboz)polimeraz) inhibe ettiğine inanılmasına rağmen, daha sonra farklı yollarda çalıştığı gösterilmiştir. Dahası, PARP mitokondriye lokalize bile değildir.

Kısa bir süre önce Harvard ve MIT’in broad Enstitüsünden David Liu tarafından CRISPR tekniklerini gerektirmeyen hassas, tahribatsız mitokondriyal düzenlemeye ilginç bir yaklaşım keşfedildi. CRISPR’ın gerçek mucidi olarak adının sık sık anılmasına rağmen onu tanımayabilirsiniz, çünkü modern ve ilerici Nobel komitisindeki üst düzey yetkililer onun tasarıya uygun olmadığını düşünüyorlardı. Liu’nun yöntemi, çift sarmallı DNA içindeki sitozinlerin deaminasyonunu katalize edebilen RNA’sız DddA türevi sitozin baz düzenleyicileri(DdcbBE) yaptı. Liu ‘nun grubu, DdcBE’lerin potansiyelini daha fazla araştırmak için beş mitokondrial geni başarıyla düzenledi: MT-ND1,MT-ND2,MT-ND4,MT-ND5 ve MT-ATP8.Bu teknolojinin bir kısmına el atmak isteyenler, Liu ‘nun addgene’e yüklediği plazmitlere erişebilir. Örneğin, bir pCMV omurgasına sahip olan ve memeli hücrelerinde ifade edilen ND4-DdCBE-sağ taraf TALE adlı bir ND4 yapısı vardır. Belirli baz çiftlerinin tam mitokondrial düzenlemesi basitçe mtDNA yı parçalamaktan çok daha üstün olsa da yaklaşımın tam genelliği görülecektir. Mutantların düzeltilmesi, yalnızca hatalar editörün gerçekleştirebileceği belirli dönüşümler içinde yer alıyorsa mümkün olacaktır. Bu tür bir teknolojiye dokunmak, kalıcı mitokondriyal heteroplazinin yeni ve faydalı formlarının yaratılıp yaratılamayacağı sorusuna gündeme getiriyor. Örneğin,yüksek O2 seviyelerine daha iyi adapte olan veya gelişmiş termojeni olan somatik olarak heteroplazmik mitokondri eklemek veya oluşturmak mümkün olabilir.

Tuatara olarak bilinen meraklı bir omurgalı yakın zamanda %10 civarında dizi farklılığına rağmen iki bağımsız mitokondri soyunu sürdüğü bulundu. Bu farklı erkek ve dişi mitokindrilerinin çift ebeveynli kalıtımına sahip olduğu birkaç çift kabuklu yumuşakça dışında, hayvanlar aleminde hiç duyulmamış bir şey. Tuataran mtDNA’sında kontrol bölgeleri ve replikasyon kökenleri için önemli farklılıklar rapor edildi. Araştırmacılar, iki farklı mtgenomuna sahip olmanın, alışılmadık derecede soğuğa dayanıklı bir sürüngen için uyarlanabilir bir avantaj sağlayabileceğini ileri sürüyorlar.

İnsanlarda, çeşitli nörolojik ve nadir hastalıklar için mitokondriyal düzenlemeye çok ihtiyaç vardır. Örneğin, otizm bir G8363A transfer RNA (Lys) mutasyonu ile ilişkilendirilmiştir. Diğer çalışmalar, otistik endofenotiplere sahip farelerde sonuçlanan bir ND6, NADH dehidrojenazın bir alt birimidir bunlar solunum kompex I ‘in bir parçasını oluşturur. Otizm, nükleer GWAS çalışmalarından neden olan genleri tespit etmeye çalışırken, herkesin bildiği gibi tutarsızlıklarla dolu olsa da, hayvan modellerinde mitokondriyal düzenleme, önemli mitokondriyal bileşeni olan bu rahatsızlıkların çoğunu daha iyi tanımlamak ve nihayetinde iyileştirmek için daha doğrudan bir yol alabilir.

Çeviren ve Derleyen: Fatiha Göçer

Kaynak: https://phys.org/news/2021-02-crispr-mitochondria-biotech.html

#mtDNA # mitokondri # wtDNA # otizm