Yale esittelee Cas12a-pohjaisen läpimurron monigeenisessä CRISPR-muokkauksessa

CRISPR:n potentiaalin laajentaminen

Since its discovery, CRISPR (“Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats”), which won the vuoden 2020 Nobel-palkinnon kemiassa, has revolutionized medicine and biotechnology.

Lähde: Nobel Prize

CRISPR mahdollistaa kohdennetut muutokset tiettyihin geneettisiin sekvensseihin, mutta se ei poista ei-toivottujen mutaatioiden riskiä. FDA:n ohjeistus vaatii off-target-muokkauksen ja muiden tahattomien genomimuutosten arviointia.

Tämä on tärkeää, koska ohjaamaton geenin insertointi on yhdistetty merkittäviin ongelmiin, erityisesti syöpäriskiin, mikä tekee niiden terapeuttisesta käytöstä vaikeaa ja kiistanalaista.

CRISPR:ää voidaan käyttää monin tavoin katkaisemaan jo olemassa oleva geeni, poistamaan tietty sekvenssi tai muokkaamaan/insertioimaan oikea geneettinen sekvenssi.

Lähde: CRISPR Therapeutics (NASDAQ: CRSP)

Tämä johti lääketieteelliseen läpimurtoon, kun FDA:n hyväksyntä ensimmäiselle CRISPR-pohjaiselle hoidolle vuonna 2023, jonka on kehittänyt CRISPR Therapeutics geneettisiä veritauteja varten (seuraa linkkiä saadaksesi omistautuneen raportin CRISPR Therapeuticsista).

CRISPR ei rajoitu yhden geenin muokkaukseen kerrallaan: monigeeninen Cas9-muokkaus esiteltiin vuonna 2013. Luotettavien monigeenisten interventioiden suunnittelu ja toimittaminen on kuitenkin haastavaa.

Yale’n tutkimus lisää Cas12a-pohjaisen hiirimalliston useiden geenien yhteistutkimukseen; se ei kuitenkaan ole ensimmäinen monigeeninen CRISPR-menetelmä eikä näytä hoitoa ihmisissä.

Se oli läpimurto-tutkimus, joka kokoitti yhteen valtavan tiimin tutkijoita: ei vähemmän kuin 37 henkilöä mainitaan tutkimuksen tekijöinä¹, joka julkaistiin Nature Biomedical Engineering -lehdessä otsikolla “Cas12a‑knock‑in hiiret monigeeniseen genomimuokkaukseen, tautimallinnukseen ja immuunisolujen suunnitteluun”.

Se voi auttaa luomaan uusia tauti- ja hoitomalleja, kuten geneettisiä sairauksia maksassa, keuhkosyöpää ja ihosyöpää, sekä nopeuttaa lisätutkimuksia alalla.

Monet CRISPR-järjestelmät

Kun CRISPR:stä puhutaan, olipa kyse sen alkuperäisestä Nobel-palkinnon voittaneesta löydöksestä tai jo FDA:n hyväksymistä hoidoista, puhutaan itse asiassa CRISPR-Cas9:stä.

Järjestelmän “Cas”-osa on proteiini, joka leikkaa DNA-ketjun ja suorittaa itse geenimuokkauksen, ohjattuna RNA-ketjulla. Tutkitaan monia muita Cas-proteiineja, ja todennäköisesti löydetään vielä lisää.

Lähde: YourGenome

Pitkällä aikavälillä saattaa olla tavallista, että tutkijat suunnittelevat räätälöityjä Cas-järjestelmiä, erityisesti “OpenCRISPR-1” – avoimen lähdekoodin tekoäly, joka on suunniteltu räätälöidyn CRISPR-järjestelmän luomiseen tietyissä tilanteissa. Tietokonesimulaatio nimeltä CREME (Cis-Regulatory Element Model Explanations) saattaa myös auttaa ymmärtämään paremmin, miten CRISPR-järjestelmiä optimoidaan.

Cas12a on toinen laajasti tutkittu CRISPR-järjestelmä, jolla on hyödyllisiä ominaisuuksia monigeeniseen muokkaukseen.

CRISPR-Cas12a

Kun keskustelimme siitä ensimmäisen kerran vuonna 2023, Cas12a-teknologiassa on tapahtunut paljon edistystä.

CRISPR-Cas12a on eri järjestelmä kuin Cas9 muutamissa näkökohdissa:

• Tarjoaa vaihtoehtoisia leikkauskohtia, joita Cas9 ei pysty.
  • Cas9:n kanssa vaikeasti ratkaistavat ongelmat voivat olla toteutettavissa Cas12:n avulla.
• Se leikkaa DNA:n tavalla, joka jättää “tarran” DNA-osion Cas9:n “tasaisen” leikkauksen sijaan, ja se voidaan leikata useita kertoja.
• • Tämä johtaa suurempaan geenimuokkauksen todennäköisyyteen.
• Cas12a:lle ei tarvita transaktivoivaa crRNA:ta (tracrRNA), toisin kuin Cas9:lle. Pienemmän koon vuoksi se mahdollistaisi helpomman monigeenisen genomimuokkauksen.
  • Useampi kuin yksi geeni voidaan muokata samanaikaisesti Cas12a:n avulla.

Lähde: Wikipedia

Tämä Cas12a:n uusin ominaisuus on herättänyt suurimman kiinnostuksen biologeissa, sillä monet sairaudet tai geeniteknologia vaativat monigeenistä muokkausta, insertointia ja/tai poistoa.

Sekä Cas9 että Cas12a voivat tukea monigeenistä muokkausta. Soveltuvuus tietylle sairaudelle riippuu toimitustavasta, muokkaustehosta ja turvallisuudesta, eikä Cas9:n kyvyttömyydestä muokata useita geenejä.

Samaan aikaan on selväksi tullut, että CRISPR:lla on potentiaalia paljon harvinaisten geneettisten sairauksien hoitamisen lisäksi, erityisesti neurologiassa, syövässä (onkologiassa) ja aineenvaihdunnan ongelmissa, jotka todennäköisesti parantavat tai pelastavat kymmenien miljoonien ihmisten henkiä.

Lähde: ARK Invest

Jotkut ehdotetut hoidot voivat hyötyä useiden geenien muokkauksesta, mutta vaadittu lähestymistapa riippuu sairaudesta ja hoitosuunnittelusta.

Yale’n Cas12a-tutkimus

Monipuoliset kohteet

Ennen monigeenisen muokkauksen suorittamista ihmisillä meidän on ensin ymmärrettävä paremmin tällaisen aggressiivisen intervention vaikutus genomiin.

Yale’n tutkijat käyttivät laboratoriohiiriä geenimuokatakseen immuunisoluja, mukaan lukien CD4+ ja CD8+ T-solut, B-solut ja luuydinperäiset dendriittisolut. He muokkasivat myös syöpään liittyviä geenejä ja in vivo -maksukudosta.

CRISPR-geenimuokkausmateriaali toimitettiin kullekin kohteelle retrovirusten, adeno-assosioitujen virusten ja lipidinanopartikkeleiden avulla.

Lähde: Nature Biomedical Engineering

Laajentaakseen menetelmän mahdollisuuksia he käyttivät myös kahta Cas12a-varianttia.

Tarkistetaan tehokkuus

Aluksi tutkijat yhdistivät mutaation fluoresoivaan proteiiniin tarkistaakseen, toteutuuko se oikein.

Lähde: Nature Biomedical Engineering

He tarkistivat sitten, miten geenimuokkauksen tehokkuus vaihteli kohde-elinten mukaan. Näytti siltä, että maksa, aivot, munuaiset ja keuhkot olivat helpoimpia saavuttamaan korkean tason in vivo -geenimuokkausta.

Tämä antaa erittäin lupaavia tuloksia, sillä nämä elimet ovat tärkeimpiä tulevien CRISPR-hoitojen keskeisiä lääketieteellisiä kohteita.

Lähde: Nature Biomedical Engineering

Käytännön potentiaali

Kun käsite oli todistettu potentiaaliseksi, tutkijat jatkoivat testaamalla immuunisolujen ja syöpäsolujen muokkaamista.

Kun tarkasteltiin immuunisoluja, transformointitehokkuus, mittari joka kertoo kuinka suuri osa altistetuista soluista on geneettisesti muokattu, oli poikkeuksellisen korkea, saavuttaen 90‑100 %.

Lähde: Nature Biomedical Engineering

Toinen merkittävä tulos, ja ehdoton vaatimus kaikille in vivo -hoitojen mahdollisille sovelluksille, on erittäin korkea kohdekohtaisten mutaatioiden osuus. Tämä tarkoittaa, että vain haluttu geeni muokataan, ja off‑target‑geenimuokkauksia tapahtuu hyvin vähän.

Lähde: Nature Biomedical Engineering

DAKO

Viedäkseen CRISPR-Cas12a-tekniikan mahdollisuuksia vielä pidemmälle, tutkijat kehittivät uuden kaksigeenin aktivointi- ja poistojärjestelmän (DAKO).

Tämä tarkoittaa, että yksi hoito voi myöhemmin jakautua ja tuottaa samanaikaisesti yhden geenin aktivoinnin ja toisen geenin tukahduttamisen.

Lähde: Nature Biomedical Engineering

Tämä on tärkeä askel solujen muokkaamisessa monimutkaisilla biokemiallisilla mekanismeilla, esimerkiksi yksi proteiini aktivoi mekanismin ja toinen sitä tukahduttaa. DAKO‑geenimuokkauksen avulla on mahdollista sekä lisätä haluttua toimintaa normaalin tason yläpuolelle että poistaa järjestelmä, joka estäisi tämän halutun vaikutuksen.

Koska ei‑toivotut tai huonosti hallitut retrokontrollit ovat usein keskeinen syy siihen, että geenimuokkaus ei toimi odotetusti, tämä DAKO‑järjestelmä voi osoittautua vallankumoukselliseksi, erityisesti onkologiassa, neurologiassa ja aineenvaihduntahoidoissa.

Lähde: Nature Biomedical Engineering

Eläinmallit

Tämä uusi Cas12a-pohjainen geenimuokkausjärjestelmä voi olla yhtä tarkka kuin Cas9, mutta se voi suorittaa useita muokkauksia samanaikaisesti, ja nämä muokkaukset voivat olla sekä geenien aktivointia että tukahduttamista.

Tämä tekee siitä täydellisen järjestelmän uuden biologisen mallin luomiseen, jonka avulla biologit voivat testata hypoteesejaan.

“Nämä hiiret voivat helpottaa nopeita ja saumattomia työnkulkuja in vivo -terapeuttiseen geenitargetointiin, tauti-/kasvainmallinnukseen ja primaaristen immuunisolujen suunnitteluun.

Yhdistettynä poolattuun oligo‑kirjaston synteesaukseen ja kloonaamiseen, näitä hiiriä voitaisiin käyttää suuritehoiseen CRISPR‑seurantaan monimutkaisten geneettisten kysymysten tutkimiseksi, kuten efektor‑ ja muistifenotyypin siirtymiseen immuunisoluissa.

Tällaiset eläinmallit ovat erittäin tärkeitä mahdollisten hoitojen testaamiseen tai monimutkaisten sairauksien paremman ymmärtämiseen. Joten vaikka mikään Cas12a‑pohjainen hoito ei koskaan pääse markkinoille, tämä yksinään tarkoittaa, että tämä CRISPR‑variantti vaikuttaa merkittävästi tulevaan bioteknologian tutkimukseen.

Edetessä pidemmälle

Kuten tutkimuksessa todettiin, geenimuokkauksen intensiteetti voi vaihdella suuresti elimen mukaan, on todennäköistä, että lisäparannuksia voidaan saavuttaa.

Keskeinen tekijä on todennäköisesti uusien vektorien testaaminen geenimuokkausjärjestelmälle, joko muita viruksia tai muita lipidinanokapseleita. Erityisesti parempia vektoreja niille elimille, jotka vaikuttavat vähiten, tarvitaan erityistutkimuksiin tai sairauksiin.

Pitkällä aikavälillä on todennäköisintä, että monimutkaisten sairauksien, kuten syövän ja neurologisten ongelmien, geenimuokkaushoidot käyttävät järjestelmää, joka muistuttaa enemmän tätä cas12a‑järjestelmää kuin “perinteistä” yksigeeni‑Cas9:ta.

Cas12a-yritys

Editas

Editas perustettiin CRISPR-Cas9:n yhteislöydön tekijän Jennifer Doudnan toimesta. Editas aloitti työskentelyn Cas9:n parissa, mutta on nyt keskittynyt omaan Cas12a‑versioonsa, jonka he ovat suunnitelleet: AsCas12a.

Voit lukea lisää Cas12a:n ainutlaatuisista ominaisuuksista omassa artikkelissamme “Mikä on CRISPR-Cas12a2? & Miksi se on tärkeä?”.

Lähde: Editas

Voit myös lukea yhteenvedon kaikista Jennifer Doudnan yrityksistä vastaavassa artikkelissa “Parhaat Jennifer Doudna -yritykset, joihin kannattaa kiinnittää huomiota”.

Editas keskittyy sirppisoluanemiaan (SCD) ja beeta‑talasseemiaan, kaksiin sairauksiin, joissa se menetti ensimmäisen hoitohyväksynnän kilpailijoille CRISPR Therapeuticsille ja BlueBirdBiolle.

Kaiken kaikkiaan SCD‑ohjelma (äskettäin uudelleennimetty reni‑cel) on viivästynyt useita kertoja, herättäen huolta sijoittajissa, ja se on sen jälkeen keskitetty in vivo -hoitoon erottaakseen sen jo hyväksytyistä SCD‑hoidoista.

Siitä huolimatta Editas omistaa merkittäviä patentteja CRISPR‑Cas12:sta, joita tutkijat New South Walesin yliopistosta, Australiasta, ovat käyttäneet kehittääkseen COVID‑19‑testiripustin, mikä osoittaa teknologian potentiaalin geenimuokkauksen ulkopuolella.

Editas myös allekirjoitti vuonna 2023 50 miljonin dollarin sopimuksen Vertexin kanssa, jonka avulla yritys voi käyttää Editas’n Cas9‑immateriaalioikeuksia.

Editas keskittyy muihin CRISPR‑versioihin kuin “klassiseen” CRISPR‑Cas9:een, ja sen tutkimus‑IP voi olla hyödyllinen kumppanuuksien luomisessa ja tulojen tuottamisessa ilman FDA:n hyväksymää tuotetta, ottaen huomioon kassavarat, jotka riittävät vuoteen 2026 asti.

Koska Cas12a näyttää yhä useammin osoittautuvan parhaaksi monigeeniseen muokkaukseen, Editas’n asiantuntemus ja putkiston keskittyminen tähän CRISPR‑varianttiin saattaa pitkällä aikavälillä osoittautua voittavaksi panokseksi.

(Voit lukea lisää CRISPR yrityksistä vastaavassa artikkelissamme “Top 5 CRISPR Companies To Invest In”.)

Editasista viimeisimmät tiedot

Viitteet:

^{1. Tang, K., Zhou, L., Tian, X. et al. Cas12a‑knock‑in hiiret monigeeniseen genomimuokkaukseen, tautimallinnukseen ja immuunisolujen suunnitteluun. Nat. Biomed. Eng (2025). https://doi.org/10.1038/s41551-025-01371-2}