RNA-polymerase-2 van een gist (afb: WikiMedia Commons)

Al vaker heb ik in dit blog gemeld dat CRISPR/Cas9 niet het weergaloze wondermiddel is waar het vaak voor wordt versleten. Onderzoekers van het Wellcome Sanger-instituut in Groot-Brittannië rond Allan Bradley vonden dat de deze genschaartechniek vaker over de schreef gaat dan tot nu toe aangenomen werd (het artikel zal in Nature Biotechnology verschijnen).  Gelukkig hebben onderzoekers van de universiteit van Illinois (VS) ontdekt waarom de genschaar in de fout gaat en wellicht valt met hulp van die kennis de nauwkeurigheid van CRISPR/Cas9 te verbeteren. Het en zym RNA-polymerase kan daar goede diensten bewijzen, denken de onderzoekers. Nog even geduld, dus.
Bradley en de zijnen vonden in de cellen veel genetische veranderingen. Volgens de onderzoekers waren de standaard-tests niet in staat al die genetische schade als gevolg van een genschaaringreep te detecteren. Zoals gesteld hadden eerder ook andere onderzoekers onregelmatigheden gevonden na een CRISPR-ingreep.
Om de kwestie nader te bekijken bestudeerden de wetenschappers nauwkeurig de resultaten in zowel muizen- als mensencellen en vonden (dus) die aanmerkelijke ‘bijwerkingen’ van de genschaaroperatie, die zich meestal voordeed op ver van het doelwit delen. Het DNA was in veel cellen danig opgeschud met invoegingen en uitsnijdingen. Die veranderingen zouden van invloed kunnen zijn op de activiteit van diverse genen.

Voorzichtig

Bradley: “Dit is de eerste systematische studie naar onverwachte effecten van de CRISPR/Cas9-techniek in therapeutisch relevante cellen. De veranderingen in het DNA zijn tot nu toe zwaar onderschat. Iedereen die deze techniek wil gebruiken moet voorzichtig zijn en moet zeer zorgvuldig nagaan wat de mogelijk schadelijke effecten kunnen zijn.”

“In het aanvankelijke experiment gebruikten we CRISPR/Cas9 als middel om de genactiviteit te bestuderen, maar er bleek iets onverwachts te gebeuren”, , zegt onderzoeksleider Michal Kosicki. “Toen we beseften hoeveel genetische veranderingen er optraden zijn we het fenomeen systematisch gaan bekijken, waarbij we keken naar verschillende genen en naar verschillende, relevante cellijnen.”
De studie wijst CRISPR-enthousiastelingen er maar weer eens op dat ook de CRISPR-techniek niet vrij van fouten is. Linksom of rechtsom, de CRISPR-methode zal eerst nog degelijk moeten worden beproefd eer die kan worden ingezet voor klinisch gebruik.

Het hoe ontdekt?

Aan de andere kant van oceaan in Chicago (Illinois) zouden onderzoekers hebben ontdekt hoe die fouten ontstaan. Daarmee zou je een handvat hebben om op zoek te gaan naar verbeteringen. Die fouten, die volgens de onderzoekers in 15% van de gevallen zouden voorkomen, worden volgens hen vaak veroorzaakt door het Cas9-molecuul (de eigenlijke genschaar) die op de beoogde plaats na het knipwerk de zaak blokkeert voor de enzymen die het verknipte DNA moeten repareren.
Tot nu toe zouden wetenschappers in het duister hebben getast over het vrij willekeurig voorkomen van fouten. “We vonden in die gevallen waarin Cas9 bleef plakken aan het DNA dat de cel onmogelijk maakte het DNA te repareren”, zegt onderzoeker Bradley Merrill. Dat Cas9-molecuul is meteen ook verloren voor het knipwerk, waardoor het rendement van de techniek terugloopt. Ook kwamen de onderzoekers er achter dat Cas9 niet effectief is in delen van het DNA waar de RNA-polymerases niet actief zijn. Die enzymen helpen bij het aflezen van genen.
Nader onderzoek leerde dat als Cas9 naar, zo begrijp ik het het, een bepaalde streng van de dubbelhelix wordt geleid het RNA-polymerase ‘meehielp’ om het ‘plakkende’ Cas9 te transformeren in een efficiënte genoombewerker. Een consequente keuze voor een streng bleek er voor te zorgen dat de RNA-polymerases Cas9 van het DNA gooiden. “Ik was verbaasd dat alleen de keuze van een DNA-streng zoveel uitmaakte voor het bewerken”, zegt medeonderzoeker Ryan Clarke. “Door dat mechanisme bloot te leggen begrijpen we beter waarom het bewerken van DNA soms fout gaat en daarmee kunnen we ons voordeel doen als we experimenten met DNA-bewerking doen.”

De ontdekking zou ook belangrijk zijn omdat de wisselwerking tussen Cas9 en DNA de snelheidsbepalende, want traagste, stap is. Veranderingen op die plek hebben ook het meeste effect op de tijd die met genoombewerking is gemoeid. Merrill: “Als we de interactietijd tussen Cas9 en DNA kunnen terugbrengen met behulp van een RNA-polymerase, zoals we nu weten, kunnen ook minder enzym gebruiken en de ‘blootstelling’ verminderen. Dat zou ook de ongewenste effecten reduceren. Dat is wezenlijk voor het toekomstig gebruik bij mensen.” Overigens vraag ik me af of de fouten waar Merrill c.s. het over hebben dezelfde fouten zijn die Bradley en Kosicki op het spoor kwamen.

Bronnen: Science Daily, Alpha Galileo