CRISPR – Chỉnh sửa RNA bằng CRISPR

Chỉnh sửa RNA bằng CRISPR CRISPR, Genome editing, DNA, RNA, Genetics, Research, Biological engineering, Broad Institute, McGovern Institute, C2c2

Chỉnh sửa RNA bằng CRISPR

Phương pháp mới có tiềm năng mở ra một hướng đi đầy rộng mở trong công cuộc tinh chỉnh tế bào. Trong khi chỉnh sửa DNA tạo ra những thay đổi vĩnh viễn đối với hệ gen của tế bào, thì phương pháp chỉnh sửa RNA bằng CRISPR có thể cho phép các nhà nghiên cứu tạo ra những thay đổi nhất thời mà họ có thể điều chỉnh tăng hoặc giảm, và với tính đặc hiệu và về mặt chức năng đều tốt hơn do so với các phương pháp RNA can thiệp (RNAi) hiện nay.

Câu chuyện của những nhà khoa học

Các nhà nghiên cứu từng phát hiện ra một chiếc kéo phân tử để cắt các gen nay lại phát triển một phương pháp tương tự để nhắm đến và cắt RNA. Công cụ cắt sửa mới này có thể giúp giới nghiên cứu hiểu rõ hơn về chức năng của RNA trong các tế bào và bệnh tật, và một số người tin rằng một ngày nào đó nó có thể hữu ích trong điều trị bệnh, từ Huntingtons cho tới bệnh tim.

Để phát triển “lưỡi dao” cho quá trình này, các nhà nghiên cứu dẫn đầu bởi Feng Zhang tại Broad Institute đã dùng CRISPR (clustered regularly interspaced short palindromic repeats) – một hệ thống mà vi khuẩn đã tiến hóa để chống lại tác nhân xâm nhiễm. CRISPR trước đó đã được dùng để chỉnh sửa DNA nhưng cũng đã được giả thuyết rằng có hoạt động trên RNA.

“Chúng tôi mới chỉ thử thực hiện với nó và tìm hiểu cách nó hoạt động … sau đó biến chúng thành công cụ sẽ có thể hữu ích cho chúng ta.” Zhang cho biết bài báo này sẽ không dính líu đến một cuộc tranh chấp bằng sáng chế với những người sở hữu hợp pháp đối với phương pháp chỉnh sửa gen đã biết là CRISPR-Cas9. Nhóm của ông là những người đầu tiên dử dụng CRISPR-Cas9 trên tế bào động vật có vú. Một nhóm khác – dẫn đầu bởi Jennifer Doudna, tại Đại học California và nhà nghiên cứu người Pháp Emmanuelle Charpentier – là những người đầu tiên báo cáo về CRISPR-Cas9, chỉ ra hoạt tính của nó trên vi khuẩn. Trớ trêu thay, Doudna cũng là đồng tác giả của một bài công bố hồi tháng 3 năm 2016 trên tạp chí Cell sử dụng CRISPR-Cas9 để cắt RNA trong tế bào động vật có vú trong khi bài báo của Zhang lại tập trung vào vi khuẩn. Hai phương pháp thao tác với RNA này có thể là những cách bổ trợ cho nhau với cùng kết quả hoặc một phương pháp có thể trở nên hiệu quả hơn phương pháp còn lại.

CRISPR, CRISPR-Cas, Emmanuelle Charpentier, Jennifer Doudna, Cell, chỉnh sửa DNA, chỉnh sửa RNA,

Emmanuelle Charpentier (trái) và Jennifer Doudna (phải) sở hữu bản quyền công cụ chỉnh sửa gen (Credit: MIGUEL RIOPA/AFP/Getty Images)

Zhang nói phương pháp mới của ông – sử dụng enzyme C2c2 để nhắm vào RNA  – dựa vào một hệ thống tự nhiên đã có sẵn và vì thế hiệu quả hơn một phương pháp đòi hỏi nhiều thao tác chỉnh sửa. Gene Yeo, cộng tác với cả Doudna và Zhang, miêu tả đây là một kiểu “tranh chấp thân thiện” làm thúc đẩy khoa học. “Luôn có một chút ganh đua giữa nhiều nhóm nghiên cứu, trong đó có cả nhóm của tôi,” ông nói. “Tôi nghĩ rằng cạnh tranh trong khoa học là tốt. Mọi người có xu hướng đẩy lùi nhiều ranh giới hơn.”

Tìm ra enzyme có thể hỗ trợ việc chỉnh sửa RNA bằng CRISPR

Các gen được tạo nên từ DNA mạch kép, cái mà tạo ra RNA mạch đơn – rồi sau đó tạo ra protein cần cho sự sống. Nhiều bệnh là hệ quả của quá thừa hoặc quá thiếu protein nào đó. Về mặt lý thuyết, tác động lên RNA có thể đẩy mức protein đó giảm xuống hoặc tăng lên, vì thế cung cấp phương pháp điều trị. Chỉnh sửa RNA ít liên quan đến vấn đề đạo đức hơn là việc chắp vá trên DNA, mặc dù chỉnh sửa gen vẫn là cách tốt hơn để điều trị bệnh. “Vấn đề với việc chỉnh sửa DNA ở chỗ nó sẽ là vĩnh viễn,” Yeo quan ngại. “Điều đó có thể là tốt, nhưng lỡ bạn gây ra lỗi nào thì sao?”.  Trong một số trường hợp, như là với các tế bào não, các cơ chế sửa chữa DNA là khá mạnh mẽ nên có thể sẽ hiệu quả hơn nếu làm việc trên RNA thay vì cắt DNA, Yeo dẫn giải.

Zhang nói rằng ông đã từ lâu quan tâm tới các hệ thống đang phát triển để nhắm đến và chỉnh sửa RNA. Nhóm của ông đã quyết định thăm dò các hệ thống CRISPR khác nhau để tìm ra chức năng của chúng. C2c2 trở thành một hệ thống nhắm đích RNA, theo như nghiên cứu mới, bao gồm các nhà nghiên cứu từ NIH (Mỹ), Đại học Rutges và Viện Khoa học Công nghệ Skolkovo của Nga, cùng với Đại học Havard và Viện Công nghệ Massachusetts (MIT). Như hệ thống của Cas9 nhắm đích DNA đặc hiệu, C2c2 có thể nhằm trực tiếp vào trình tự RNA mong muốn, với hầu như rất ít tác động lệch đích.

C2c2, RNA-guide RNase, CRISPR-C2c2, công nghệ CRISPR, chỉnh sửa RNA, chỉnh sửa gen

Khái quát nguyên lý của hệ thống CRISPR-C2c2 nhắm đích RNA

Hiện nay, kỹ thuật phổ biến nhất để loại bỏ gen là các RNA can thiệp kích thước nhỏ (siRNA). Theo như nhóm nghiên cứu, phương pháp chỉnh sửa RNA dựa vào protein C2c2 gợi ý về tính đặc hiệu hơn và nắm giữ tiềm năng cho một phạm vi các ứng dụng rộng hơn, ví dụ:

  • Thêm các mảnh (modules) vào trình tự RNA đặc hiệu để thay đổi chức năng của nó – cách mà chúng được dịch thành protein – có thể khiến chúng trở thành công cụ giá trị để sàng lọc quy mô lớn và xây dựng các hệ thống điều hòa con đường tổng hợp; và
  • C2c2 có thể cũng được dùng để thêm các tín hiệu phát quang vào RNA như là một cách để định vị và hiểu rõ hơn về hoạt động của RNA đó.

Trong nghiên cứu này, nhóm có thể nhắm đích chính xác và loại bỏ các trình tự sử dụng C2c2, hạn chế biểu hiện của protein tương ứng. Điều này gợi ý rằng C2c2 có thể là cách thay thế siRNA, bổ trợ cho tính đặc hiệu, đơn giản của công cụ chỉnh sửa DNA dựa vào CRISPR và cung cấp khả năng làm tắt gen có thể điều chỉnh được bằng RNA. C2c2 có những lợi thế khiến nó phù hợp để phát triển:

  • C2c2 là một hệ thống 2 thành phần, chỉ đòi hỏi một gRNA để thực hiện chức năng; và
  • C2c2 có thể được mã hóa về mặt di truyền – nghĩa là các thành phần quan trọng có thể được tổng hợp như DNA để chuyển đến mô và tế bào.

Nguồn:

“CRISPR gene-editing system unleashed on RNA” của Karen Weintraub trên Nature (DOI: 10.1038/nature.2016.20030);

“New CRISPR system for targeting RNA” trên trang tin MIT News.

“C2c2 is a single- comp onent programmable RNA-guided RNA-targeting CRISPR effector” , qua
SCIENCE, 5 AUGUST 2016 • VOL 353 ISSUE 6299 (DOI:  10.1126/science.aaf5573)

Đọc thêm:

CRISPR – Ứng dụng hệ thống CRISPR

Chỉnh sửa gen người – Nên hay không ?

Dùng CRISPR – Cas9 trong điều trị tim mạch

Iceberg (biên tập)
tapchisinhhoc.com

CRISPR – Chỉnh sửa RNA bằng CRISPR
5 (100%) 17 votes

Leave a Reply