Het gids-RNA (paars) past niet helemaal op de DNA-sequentie (groen en rood). Een ‘vinger’ (blauw) op Cas9 zorgt er voor dat het DNA stabiliseert en de genschaar toch gaat knippen. (afb: Bravo/univ. van Texas)
Het eiwit Cas9 wordt ook wel genschaar genoemd. Het is een belangrijk instrument in de CRISPR-techniek om DNA te bewerken. Hoewel CRISPR/Cas9 volop in het lab wordt gebruikt om DNA en ook RNA te veranderen, zou die aanpak nog niet veilig (betrouwbaar) genoeg zijn om bij mensen te worden toegepast. In de loop der jaren is al verschillende malen gesleuteld aan het systeem om het veiliger te maken. Dit keer is de genschaar Cas9 aangepast. De onderzoekers stellen dat daardoor de kans dat er iets verandert op een andere dan de boogde plaats met een factor van tenminste duizend zou zijn verkleind.
Die onbedoelde veranderingen zouden zeer ongewenste gevolgen kunnen hebben. Volgens Kenneth Johnson van de universiteit van Texas zou dit veilige Cas9 iets fundamenteels aan de situatie kunnen veranderen. Al eerder is er gesleuteld aan Cas9 om de veiligheid van de genoombewerking te vergroten, maar die verbetering in veiligheid zou steeds gegaan zijn ten koste van de snelheid. SuperFi-Cas9, zoals de aangepaste genschaar wat overmoedig is gedoopt (SuperFi staat voor superbetrouwbaar), zou vierduizend keer minder onbeoogde veranderingen in het genoom teweegbrengen, maar net zo snel zijn als natuurlijk Cas9.
Volgens medeonderzoeker Jack Bravo zijn de meeste Cas9-varianten wel veilig, maar, om in autotermen te spreken, die rijden met een snelheid van 15 km per uur. “SuperFi-Cas9 is als een zelfrijdende auto die uiterst veilig is maar ook op volle snelheid kan rijden.”
Nog veiliger
Vooralsnog is die veiligheid alleen nog maar in reageerbuisjes ‘bewezen’. Proeven met levende cellen staan op de rol. De onderzoekers bekijken ook of nog veiliger en snellere vormen van Cas9 mogelijk zijn.
Het probleem van de onbeoogde aanpassingen is dat het gids-RNA dat de genschaar naar de goed plek op het DNA moet voeren niet feilloos werkt. Zo’n stukje RNA bestaat uit zeg twintig nucleotiden (bouwstenen) die passen op een zeer specifiek stukje DNA. Dat werkt niet feilloos, want als de eerste achttien ‘passen’ en de laatste twee niet dan is het ook goed (genoeg). Niet dus.
De onderzoekers hebben met een elektronenmicroscoop Cas9 in actie vastgelegd als die op de verkeerde plaats ‘aandokte’. Als die twee laatste nucleotiden niet klopten dat zorgde een vingerachtige structuur op het eiwit ervoor dat de verbinding toch tot stand kwam, zo zagen de onderzoekers tot hun verbazing. Bravo: “Het leek net op een stoel waarvan een van de poten was gebroken maar die je met ductape weer had gerepareerd. Als stoel doet ie het dan nog wel, maar is dan wat instabiel. Geen mooie reparatie.”
Zonder de toegevoegde stabiliteit in het DNA gaat Cas9 niet aan het werk. Niemand had die lange vinger die voor stabilisering zorgt eerder gezien.
Ondersteund door dat inzicht ontwierpen de onderzoekers een extra ‘vinger’ op Cas9 die het DNA niet stabiliseert maar Cas9 van het DNA duwt en dus diens knipwerk voorkomt. Het resultaat is een veel hogere bewerkingsbetrouwbaarheid. Ik vraag me bij dit soort kwesties altijd af wat het effect zou zijn als je dat gids-DNA niet uit een sequentie van twintig nucleotiden zou laten bestaan maar van, bijvoorbeeld, veertig. Zou dat niet veel makkelijker zijn?
Bron: Science Daily