Новый аналитический инструмент выявил серьезные повреждения ДНК, вызванные редактированием генов CRISPR / Cas9
Новое исследование (1) китайских ученых показывает, что редактирование генов CRISPR / Cas9 наносит серьезный ущерб геному, большая часть которого была бы упущена из виду используемыми до сих пор аналитическими инструментами.
В предыдущем исследовании (2) те же авторы описали новую процедуру секвенирования ДНК, которую они назвали «анализом секвенирования, опосредованным удлинением праймера» или PEM-seq. Применяя эту процедуру, они обнаружили, что двухцепочечные разрывы ДНК (DSB), вызванные инструментом редактирования генов CRISPR / Cas9, могут привести к непреднамеренным хромосомным транслокациям и большим делециям.
В своем последнем последующем отчете исследователи описывают новую компьютерную программу, которая позволила им анализировать данные PEM-seq с большей глубиной, чем позволяли предыдущие программы. Они использовали эту программу для анализа данных реальных последовательностей в своих новых экспериментах, а также в предыдущих экспериментах после редактирования гена CRISPR / Cas9 в клетках мыши и человека.
При редактировании генов, в то время как первоначальный двухцепочечный разрыв, сделанный «ножницами» ДНК или инструментом редактирования генов, может быть нацелен на заданное место, последующая репарация ДНК, которая делает «редактирование», выполняется собственными механизмами репарации клетки и не поддается контролю и не точен. Исследователи проанализировали результаты редактирования гена и обнаружили то, что они называют «ужасно вредными побочными продуктами восстановления DSB редактирования CRISPR / Cas9».
Непредвиденные результаты или генетические ошибки варьировались от непреднамеренных небольших вставок или делеций (инделей) до больших делеций, интеграций плазмид (средство доставки инструмента редактирования генов) и хромосомных транслокаций.
Исследователи написали: «Наши результаты предоставляют дополнительное измерение по безопасности редактирования генома помимо нецелевых» — хорошо задокументированное непреднамеренное повреждение ДНК в тех местах генома, которые не были предназначены для редактирования. Они добавили: «Следует проявлять осторожность, чтобы избежать не только нецелевых повреждений, но и вредных побочных продуктов восстановления DSB во время редактирования генома».
К сожалению, эти непреднамеренные пагубные последствия редактирования генов не удалось преодолеть даже при использовании высокоточного инструмента CRISPR / Cas. Более того, когда компоненты механизма репарации ДНК подавлялись в попытке вызвать конкретный результат модификации последовательности гена (известный как SDN-2), это приводило к большим делециям, большим вставкам и разрезам ДНК вокруг начального участка генов.
В совокупности эти результаты наглядно демонстрируют, насколько мало редактор генов контролирует процессы репарации ДНК и результаты после формирования DSB при использовании редактирования генов CRISPR / Cas.
Актуальность редактирования генов для растений
Как результаты исследования влияют на редактирование генов растений? Лондонский молекулярный генетик доктор Майкл Антониу объяснил: «Механизмы редактирования генов и последующие процессы восстановления ДНК одинаковы в клетках животных и растений. Учитывая этот факт, последствия нового исследования очевидны. Анализ секвенирования генома, проведенный учеными показывает, что все проведенные до сих пор анализы растений, подвергнутых редактированию генов, необходимо пересмотреть с помощью этого нового инструмента, чтобы получить более полное представление о повреждении ДНК, вызванном редактированием генов».
Доктор Антониу прокомментировал, что новый инструмент не заменяет существующие анализы, а дополняет их: «Это последнее исследование добавляет еще один бесценный инструмент, позволяющий глубже анализировать необработанные данные последовательности ДНК, так что вы можете увидеть более полный спектр результатов, как на цели (в предполагаемом месте редактирования), так и вне цели (в других местах генома)».
Доктор Антониу добавил: «Этот новый инструмент является важным шагом вперед. Важно, чтобы он получил широкое распространение и использование, не только в контексте медицинской генной терапии, как предполагают авторы нового исследования, но и при редактировании генов растений и животных».
Новое исследование опубликовано на сайте bioRxiv и еще не прошло рецензирование.
Исследования:
- biorxiv.org/content/10.1101/2021.02.15.431335v1
-
nature.com/articles/s41421-019-0088-8