Predstavljajte si, da bi lahko odprli »navodila za uporabo« človeške celice in popravili eno samo tipkarsko napako, ki povzroča življenjsko ogrožajočo bolezen. To ni več znanstvena fantastika; to je realnost baznih urejevalnikov (base editors), orodja, ki ga uporabljajo raziskovalci, kot je dr. Shady Sayed na TU Dresden.
V najnovejši epizodi spletne serije CTGCT Science Talks je dr. Sayed predstavil svoje prelomno delo na področju uporabe CRISPR baznih urejevalnikov za zdravljenje raka.
Moč ene same črke
Naš DNK zapis sestavljajo 4 kemijske baze, predstavljene s črkami: A, T, C in G. Včasih se zgodi, da se ena od teh črk zamenja z drugo (t. i. točkovna mutacija), kar lahko vodi do uničujočih posledic.
Shady je svoje predavanje začel z zgodbo o »KJ«, dojenčku, rojenem z redko, življenjsko ogrožajočo genetsko boleznijo jeter, ki jo povzroča ena sama točkovna mutacija. Otroci s to boleznijo trpijo zaradi smrtonosnega kopičenja amonijaka v krvi, saj jetra ne morejo pravilno razgraditi beljakovin. Edina možnost zdravljenja je presaditev jeter, vendar otroci pogosto ne zrastejo dovolj, da bi bila presaditev mogoča. V izjemnem znanstvenem dosežku so raziskovalci v zgolj osmih mesecih razvili prilagojen bazni urejevalnik, ki je popravil to eno samo črko v KJ-jevem DNK, obrnil patološko stanje in mu omogočil praznovanje prvega rojstnega dne (KJ na fotografiji z Nicole Gaudelli, izumiteljico tehnologije adeninskega baznega urejanja). Ta uspešna zgodba odpira novo poglavje v medicini: popravljanje mutacij, ki povzročajo genetske bolezni.
Večina ljudi pozna CRISPR-Cas9 kot »molekularne škarje«, ki prerežejo DNK. Čeprav je ta tehnologija izjemno zmogljiva, lahko rezanje DNK včasih povzroči neželene spremembe. Bazni urejevalniki so bolj prefinjena različica te tehnologije. Namesto rezanja delujejo kot molekularna radirka in svinčnik, ki kemično spremenita eno črko v drugo (na primer A v G), ne da bi pri tem prekinila verigo DNK.
Ciljanje »varuha genoma«
Raziskave dr. Sayed se osredotočajo na p53, protein, znan kot »varuh genoma«, ker preprečuje, da bi celice postale rakave. Na žalost je p53 najpogosteje mutiran gen pri človeškem raku, prisoten pri približno polovici vseh bolnikov z rakom.
Ena specifična »tipkarska napaka« v genu p53, znana kot mutacija R273H, prizadene skoraj milijon bolnikov po vsem svetu. Shady in ekipa prof. Buchholza sta razvila bazni urejevalnik, ki to specifično mutacijo popravi nazaj v zdravo oziroma »divjo« (wild type) obliko.
Rezultati so izjemni:
- Ponovna vzpostavitev funkcije: Ko so mutacijo p53 popravili v celicah raka trebušne slinavke, debelega črevesa in melanoma, so celice v bistvu »ponovno spomnile«, kako biti zdrave. Prenehale so se hitro deliti ali pa so vstopile v programirano celično smrt.
- Dostava po principu »udar in umik«: Za vnos urejevalnikov v celice ekipa uporablja informacijsko RNK, zapakirano v lipidne nanodelce (LNP) (podobno kot pri nekaterih cepivih). Ta pristop pomeni, da urejevalnik opravi svojo nalogo in nato izgine, kar zmanjšuje tveganje za dolgoročne stranske učinke.
- Uspeh v modelih: V študijah na miših je zdravljenje privedlo do izrazitega zmanjšanja tumorjev. V nekaterih primerih se je zdelo, da so rakave celice pri zdravljenih živalih preprosto »izginile«. Članek s ključnimi ugotovitvami te raziskave je trenutno v pripravi pri dr. Sayedu in sodelavcih.
Prihodnost: personalizirana molekularna kirurgija
Končni cilj teh raziskav je prihodnost, v kateri bo zdravljenje raka popolnoma personalizirano. Zdravniki bi lahko sekvencirali tumor posameznega bolnika, identificirali specifične »tipkarske napake« v njegovem DNK ter nato ustvarili prilagojen bazni urejevalnik, ki bi izvedel »kirurški poseg« na teh mutacijah.
Iskreno se zahvaljujemo dr. Shadyju Sayedu, da je z deljenjem svojega pionirskega raziskovalnega dela obogatil skupnost CTGCT in za njegovo predanost razvoju teh življenjsko pomembnih tehnologij. Delo dr. Sayeda podpira National Translational Tandem Program for Gene- and Cell-based Therapies (nTTP-GCT). Nedavno je ustanovil lastno raziskovalno skupino v okviru mreže Mildred Scheel Early Career Center na Medicinski fakulteti Carl Gustav Carus, TU Dresden. Je štipendist programa nTTP-GCT in se osredotoča na razvoj pionirske personalizirane molekularne kirurgije za zdravljenje pljučnega raka.