CRISPR ve Genom Düzenleme
Programlanabilir nükleazların, özellikle RNA güdümlü CRISPR–Cas sistemlerinin, DNA'da hedeflenmiş kesimler yaparak araştırmacıların genomları benzeri görülmemiş bir kolaylıkla düzenlemesine nasıl olanak sağladığı.
Tanım
Genom düzenleme, programlanabilir nükleazlar kullanılarak bir organizmanın DNA'sının seçilen bölgelerde hedeflenmiş olarak değiştirilmesidir. CRISPR–Cas ise bakteriyel bağışıklıktan türetilmiş, bir rehber RNA'nın Cas nükleazını eşleşen bir DNA dizisine yönlendirerek düzenleme amacıyla çift sarmallı bir kırık oluşturduğu RNA güdümlü bir sistem olarak tanımlanmaktadır.
Kapsam
Bu konu, CRISPR–Cas merkezli hedeflenmiş genom düzenlemesini kapsamaktadır. CRISPR'ın adaptif bir bağışıklık sistemi olarak bakteriyel kökenini, Cas9 tarafından RNA güdümlü DNA kesiminin prensibini, ortaya çıkan kırığın dizi silmek veya eklemek için nasıl onarıldığını ve önceki programlanabilir nükleazlarla kısa bir karşılaştırmayı ele almaktadır. Yöntemi ve mantığı incelenmektedir; daha geniş klonlama, amplifikasyon ve dizileme yöntemleri ise ilgili konularda yer almaktadır.
Temel sorular
- CRISPR nereden gelmektedir ve doğal işlevi nedir?
- Bir rehber RNA, Cas9'u belirli bir DNA dizisine nasıl yönlendirmektedir?
- Çift sarmallı kırık, dizi silmek veya eklemek için nasıl kullanılmaktadır?
- CRISPR, önceki genom düzenleme araçlarıyla nasıl karşılaştırılmaktadır?
Temel kuramlar
- RNA güdümlü DNA kesimi
- Jinek ve arkadaşları, Cas9 nükleazının tek bir rehber RNA ile programlanarak herhangi bir eşleşen DNA dizisini kesebildiğini, böylece bakteriyel bir bağışıklık sistemini çok yönlü, kolayca hedeflenebilir bir düzenleme aracına dönüştürdüğünü göstermiştir.
- Onarım yönelimli düzenleme
- Hedefte oluşturulan çift sarmallı kırık, hücrenin kendi yolları tarafından onarılmaktadır; böylece hataya açık uç birleştirme (error-prone end joining) bir geni bozmakta veya homolog yönelimli onarım (homology-directed repair) bir kalıp tarafından sağlanan tanımlı bir değişikliği tanıtmaktadır.
Mekanizmalar
CRISPR–Cas düzenlemesinde, bir rehber RNA, kısa bir tanıma motifinin bitişiğindeki hedef bir DNA dizisiyle baz eşleşmesi yaparak Cas nükleazını o bölgedeki her iki ipliği de kesmeye yönlendirmektedir. Hücre daha sonra bu kırığı onarmaktadır: homolog olmayan uç birleştirme (non-homologous end joining) genellikle bir geni etkisiz hale getiren küçük eklemeler veya silmeler (insersiyonlar veya delesyonlar) oluştururken, homolog yönelimli onarım (homology-directed repair), bir donör kalıp sağlandığında, hassas bir dizi değişikliği gerçekleştirmektedir. Özgüllük sadece rehber RNA dizisi tarafından belirlendiği için, sistemin yeniden hedeflenmesi önceki protein-programlı nükleazlara kıyasla çok daha kolaydır.
Klinik önem
Genom düzenleme, gen ve hücre terapileri için geliştirilmekte olup standart bir araştırma aracı olarak kullanılmaktadır. İnsanlarda kullanımı önemli etik değerlendirmeleri gündeme getirmektedir; bu bölüm klinik rehberlikten ziyade konunun önemi bağlamında sunulmaktadır.
Tarihçe
CRISPR lokuslarının bakteriyel bir adaptif bağışıklık sistemi oluşturduğu keşfinin ardından, Doudna ve Charpentier'in 2012 yılında Cas9'un tek bir rehber RNA ile programlanabileceğini göstermesi, 2020 Nobel Kimya Ödülü ile de tescillenen CRISPR genom düzenlemesini ortaya koymuştur.
Tartışmalar
- İnsan germ hattı düzenlemesi
- Kalıtsal hücrelerin düzenlenmesi, rıza, hedef dışı etkiler ve eşitlik konularında etik ve güvenlik endişelerini gündeme getirmektedir; bilim camiası, kalıtsal olmayan hücrelere yönelik uygulamalar ilerlerken dikkatli olunması çağrısında bulunmaktadır.
Öne çıkan isimler
- Jennifer Doudna
- Emmanuelle Charpentier
İlgili konular
Temel eserler
- jinek2012
- watson2013
Sıkça sorulan sorular
- CRISPR'da rehber RNA ne işe yarar?
- Eşleşen bir DNA dizisiyle baz eşleşmesi yapar ve Cas nükleazını o bölgeyi kesmeye yönlendirir, bu nedenle rehberi değiştirmek hedefi de değiştirmektedir.
- DNA'yı kesmek nasıl bir düzenlemeyle sonuçlanır?
- Hücre kırığı onarmaktadır; kullanılan yola ve sağlanan herhangi bir kalıba bağlı olarak, bu durum ya geni bozmakta ya da hassas, amaçlanan bir değişiklik yapmaktadır.