BAGIKAN
[3dman_eu /Pixabay]

Para ilmuwan di Francis Crick Institute telah menemukan seperangkat aturan sederhana yang menentukan ketepatan pengeditan genom CRISPR / Cas9 dalam sel manusia. Aturan-aturan ini, yang diterbitkan dalam jurnal Molecular Cell, dapat membantu meningkatkan efisiensi dan keamanan pengeditan genom baik di laboratorium maupun di klinik.

Meskipun terdapat penggunaan yang luas dari sistem CRISPR, aplikasi rasional dari teknologi telah mendapatkan hambatan oleh asumsi bahwa hasil dari pengeditan genom tidak dapat diprediksi, mengakibatkan penghapusan acak atau penyisipan wilayah DNA di lokasi target.

Sebelum CRISPR dapat diterapkan dengan aman di klinik, para ilmuwan harus memastikan bahwa mereka dapat memperkirakan secara tepat bagaimana DNA akan dimodifikasi.

“Hingga saat ini, mengedit gen dengan CRISPR telah melibatkan banyak dugaan, frustrasi dan trial and error,” kata pemimpin kelompok Crick Paola Scaffidi, yang memimpin penelitian.

“Efek CRISPR dianggap tidak dapat diprediksi dan tampak acak, tetapi dengan menganalisis ratusan pengeditan, kami terkejut menemukan bahwa sebenarnya ada pola sederhana yang dapat diprediksi di balik semua itu. Ini pada dasarnya akan mengubah cara kita menggunakan CRISPR, memungkinkan kita untuk mempelajari fungsi gen dengan ketepatan yang lebih tinggi dan secara signifikan mempercepat ilmu pengetahuan kita. ”

Dengan memeriksa efek pengeditan genom CRISPR di 1491 lokasi target di 450 gen dalam sel manusia, tim telah menemukan bahwa hasil dapat diprediksi berdasarkan aturan sederhana. Aturan-aturan ini terutama bergantung pada satu ‘huruf’ genetik yang menempati posisi tertentu di wilayah yang diakui oleh ‘panduan RNA’ untuk mengarahkan gunting molekuler, Cas9.

Panduan RNA adalah molekul sintetis yang terdiri dari sekitar 20 huruf genetik (A, T, C, G), yang dirancang untuk mengikat ke bagian spesifik DNA pada gen target. Setiap huruf genetis memiliki mitra pelengkap – A berikatan dengan T dan C berikatan dengan G – yang menyatu sedikit seperti Velcro – peranti populer untuk mengikat dua sisi kain. Panduan RNA adalah seperti sisi ‘pengait’ Velcro, yang dirancang untuk menempel pada sisi ‘loop’ pada gen target.

Velcro [satukis.info]
Dipandu oleh molekul RNA, enzim Cas-9 memindai sepanjang genom hingga menemukan wilayah yang menarik. Ketika panduan RNA sesuai dengan urutan DNA yang benar, ia menempel seperti Velcro dan Cas9 memotong DNA. DNA memutuskan tiga huruf dari akhir urutan target, dan bit kode genetik kemudian dimasukkan atau dihapus, sepertinya sembarangan, ketika sel mencoba untuk memperbaiki pemutusan.

Dalam studi ini, para peneliti menemukan bahwa hasil dari suntingan gen tertentu tergantung pada huruf keempat dari ujung panduan RNA, berdekatan dengan situs pemotongan. Tim menemukan bahwa jika huruf ini adalah A atau T, akan ada penyisipan genetik yang sangat tepat; C akan mengarah pada penghapusan yang relatif tepat dan G akan menyebabkan banyak penghapusan yang tidak tepat. Jadi, menghindari lokasi yang mengandung G membuat penyuntingan genom lebih dapat diprediksi.

“Kami kagum ketika mengetahui bahwa aturan yang menentukan hasil dari penyuntingan CRISPR genom manusia sangat sederhana,” kata Anob Chakrabarti, penulis pertama bersama studi ini. “Dengan mengingat aturan-aturan ini ketika merancang RNA panduan kami, kami dapat memaksimalkan kemungkinan mendapatkan hasil yang diinginkan dari pengeditan gen tertentu – yang sangat penting dalam konteks klinis.”

Tim juga menemukan bahwa bagaimana ‘membuka’ atau ‘menutup’ DNA target juga memengaruhi hasil dari pengeditan gen. Menambahkan senyawa yang memaksa DNA untuk terbuka — memungkinkan Cas9 untuk memindai genom — mengarah ke pengeditan yang lebih efisien, yang dapat membantu ketika modifikasi perlu diperkenalkan pada gen yang sangat tertutup.

“Kabar baiknya adalah bahwa terlepas dari jaringan asal – yang mempengaruhi tingkat keterbukaan DNA ‘pada gen tertentu – daerah target yang mengandung A atau T pada posisi kunci menunjukkan pengeditan umum,” kata Paola. “Ini berarti bahwa, jika kita dengan hati-hati memilih DNA target, kita bisa sangat yakin bahwa kita akan melihat efek yang sama pada jaringan yang berbeda.”

Josep Monserrat, yang tergabung dengan penulis pertama studi, mengatakan: “Kami sebelumnya tidak menghargai pentingnya keterbukaan DNA dalam menentukan efisiensi penyuntingan genom CRISPR. Ini bisa menjadi faktor lain yang perlu dipertimbangkan ketika bertujuan untuk mengedit gen dengan cara yang spesifik. Kami senang mengamati bahwa jenis sel yang berbeda berbagi pengeditan umum di wilayah target yang tepat, dan berharap terjemahan dari temuan kami akan bermanfaat di seluruh disiplin ilmu.”