Tahmini Okuma Süresi: 2 dakika 30 saniye

CRISPR-Cas9 Teknolojisi ve Genetik Tedavilerde Yeri

Gen mühendisliği, 1979’da maya hücresinde gen replasmanıyla başlamış, 2013 yılında insan hücrelerinde genom mühendisliğine kadar evrilmiştir. Genom mühendisliğiyle, bakterilerin virüs genomuna karşı geliştirdikleri savunma mekanizmasının tanımlanarak ökaryot hücrelerde kullanılması, genom düzenleme faaliyetlerinde büyük ses getirmiştir. CRISPR-Cas9 ile genom düzenleme, diğer genom düzenleme teknolojileriyle kıyaslandığında uygulamada daha kolay, spesifik, ucuz ve verimlidir. 

Genom mühendisliği ve CRISPR-Cas biyolojisi, iki farklı koldan geliştirilen ve ancak 2012 yılında birbirleriyle yolları kesişen araştırma alanlarıdır.1

1979-1994 yılları arasındaki araştırmalarda, bakteri ve mayalardaki doğal DNA onarım yollarının yanı sıra DNA rekombinasyon mekanizmaları incelenmiş ve bu tip hücrelerin onlar için ölümcül olabilecek çift zincirli DNA kırıklarını (İng. Double Strand Breaks-DSB) onaran endojen sistemlere sahip oldukları ortaya çıkarılmıştır.1

Hücrelerin DNA’larında istenilen değişime yol açacak kırılma bölgelerinin kesin olarak belirlenmesi, genom mühendisliği için değerli bir strateji olarak değerlendirilmiştir.1

Genom mühendisliğindeki önemli gelişim süreçlerinden bağımsız olarak araştırmacılar, 1987 yılında E. coli (Escherichia Coli) genomunda kümelenmiş düzenli aralıklı kısa palindromic tekrar dizileri keşfetmiştir.1,2 CRISPR dizisi saptanmış ilk bakteri olma ayrıcalığını E. coli taşımaktadır.3 Ruud Jansen ve çalışma arkadaşları 2002 senesinde CRISPR (İng. clustered regularly interspaced palindromic repeats) kısaltmasını bulmuşlardır.3  CRISPR dizilerinin birçok bakteride de bulunduğundan yola çıkılarak DNA onarımı veya gen regulasyonunda rol oynayabilecekleri üzerine tartışmalar başlamıştır.1 

2005 yılında CRISPR içindeki birçok ayırıcı dizinin plasmid veya viral kaynaklı olduğu ortaya konulmuştur1. Bu sonuç ile beraber 2007 yılında S. thermophilus (Streptococcus thermophilus)’un litik fajlar üzerine savunma mekanizması incelenmiş ve Cas9 (İng. CRISPR associated-9) genlerinin viral genomlarının daha önceki saldırılarına karşı uyarlanabilir savunma mekanizmaları olduğu keşfedilmiştir.1 2011 yılında da Cas9’un parazit genomlara karşı tip II savunma sağlayan tek protein olduğu gösterilmiştir.1 Hatta 2020 yılında transkripsiyon sonrası ökaryotik gen ekspresyonu baskılama özelliğine sahip CRISPR-Cas13’ün Covid-19 için potansiyel terapötik seçenek olabileceğini gösterir veriler yayınlanmıştır.4

CRISPR, kılavuz RNA dizisinde bir değişiklik ve Watson-Crick baz eşleşmesi yoluyla DNA’yı hedeflemektedir.1,5 CRISPR-Cas9 programlanması ile PAM (İng. Protospacer Adjacent Motif)’e bitişik bir DNA dizisini hedeflemek mümkün olmuştur.1 CRISPR-Cas9, çeşitli hücre türleri ve organizmalar için gen düzenlemede kullanılabilen, tasarımı belirgin şekilde daha kolay, son derece spesifik, yüksek verimli ve çoğullama için oldukça elverişli bir sistem olarak konumlanmaktadır.5

2012 yılında CRISPR-Cas9 ve genom mühendisliği süreçleri birlikte ilerlemeye başlamış ve 2013 yılı Ocak ayında yayınlanan üç ayrı çalışma ile insan hücrelerinde genom mühendisliği çalışmaları başlamıştır.6,7,8

CRISPR-Cas9 Teknolojisi ve Genetik Tedavilerde Yeri

CRISPR-Cas9 teknolojisi ile;

  • Cas9 geni içeren plazmidler, hücre kültürlerine doğrudan aktarılabilmektedir.
  • Fertilize zigotlara mikroenjeksiyon ile aktarılan Cas9 ile genetik modifikasyona sahip transjenik hayvan modelleri oluşturulabilmektedir.
  • Cas9 nükleaz aktivitesi ile hedef bölge DNA’sı tek veya çift zincirli olarak kesilebilmekte, işaretlenebilmekte ve hedef bölge DNA diziliminde transkripsiyon her iki yönde de kontrol edilebilmektedir.
  • DNA’da floresan işaretleme mümkün olabilmekte ve hatta kimyasal-optik yaklaşımlarla hücre içi süreçler geçici olarak düzenlenebilmektedir.2

Mikrobiyal bağışıklık mekanizmasının, yüksek hassasiyetle basit ve ucuz bir şekilde genom düzenleyebilen bir araca dönüştürülebilmesini sağlayan CRISPR-Cas9 üzerine çalışmaları bulunan Emmanuelle Charpentier ve Jennifer Doudna, 2020 yılında Nobel Kimya ödülüne layık görülmüşlerdir.9

Günümüzde genom düzenlemede yaygın olarak kullanılan CRISPR teknolojisi, hücrenin normal DNA onarım mekanizmalarını kullanarak, genetik hastalıkların tedavilerini ve yeni tedavi yolaklarının keşfedilmesini hedeflemektedir.10

Referanslar

  1. Doudna, J. A.; Charpentier, E.  The new frontier of genome engineering with CRISPR-Cas9. Science, 2014, 346(6213), 1258096–1258096. doi:10.1126/science.1258096
  2. Hsu, Patrick D.; Lander, Eric S.; Zhang, Feng. Development and Applications of CRISPR-Cas9 for Genome Engineering. Cell, 2014, 157(6), 1262–1278. doi:10.1016/j.cell.2014.05.010
  3. Jennifer A. Doudna, Samuel H. Sternberg. Yaratılıştaki Çatlak: Gen Düzenlemenin Evrime Hükmeden İnanılmaz Gücü. 2. Baskı sf:61 ISBN: 978-605-2116-77-7 Yayınlanma tarihi: 1 Ekim 2018
  4. Lotfi, Melika, and Nima Rezaei. “CRISPR/Cas13: A potential therapeutic option of COVID-19.” Biomedicine & pharmacotherapy = Biomedecine & pharmacotherapie vol. 131 (2020): 110738. doi:10.1016/j.biopha.2020.110738
  5. Ran, F Ann; Hsu, Patrick D; Wright, Jason; Agarwala, Vineeta; Scott, David A; Zhang, Feng. Genome engineering using the CRISPR-Cas9 system. Nature Protocols, 2013, 8(11), 2281–2308. doi:10.1038/nprot.2013.143
  6. Cong, L., et al. Multiplex genome engineering using CRISPR/ Cas systems. Science 2013, 339, 819–823. doi: 10.1126/science.1231143
  7. Jinek, M., et al. RNA-programmed genome editing in human cells. 2013, eLife 2, e00471. doi: 10.7554/eLife.00471
  8. Mali, P., et al. RNA-guided human genome engineering via Cas9. Science 2013, 339, 823–826. doi: 10.1126/science.1232033
  9. Westermann, Lukas et al. “Nobel Prize 2020 in Chemistry honors CRISPR: a tool for rewriting the code of life.” Pflugers Archiv:European journal of physiology vol. 473,1 (2021): 1-2. doi:10.1007/s00424-020-02497-9
  10. Duymuş F, Göksel Tulgar B, Koçak N. Genom düzenleme teknolojileri. Topçu İ, editör. Genetik Müdahale ve Etik Tartışmalar. 1. Baskı. Ankara: Türkiye Klinikleri; 2021. p.14-22.

MAT-TR-2200556