Výzkumný tým z Utah State University publikoval v odborném časopise Nature studii popisující novou metodu cíleného usmrcování buněk s využitím systému CRISPR. Tato technologie využívá enzym Cas12a2, který po rozpoznání specifické molekuly RNA spouští proces destruktivní degradace DNA v buňce.
Princip fungování enzymu Cas12a2
Dosavadní nástroje založené na systému CRISPR se zaměřovaly primárně na úpravu sekvencí DNA. Nově využitý enzym Cas12a2 se však chová odlišně. Jakmile jeho vodicí RNA identifikuje cílovou sekvenci, enzym aktivuje mechanismus, při kterém nekontrolovaně štěpí veškerou přítomnou dvouvláknovou DNA v buňce. Tento proces vede k rychlému zániku buňky, a to i v případech, kdy mají cílové buňky vyvinuté robustní opravné mechanismy.
Testování na buněčných kulturách
V rámci experimentální fáze výzkumníci nejprve testovali enzym na pekařských kvasinkách Saccharomyces cerevisiae. Při zacílení na gen ADE2 došlo k významnému snížení počtu přežívajících kolonií ve srovnání s kontrolními vzorky, u kterých byly použity běžné nukleázy. Následné testy na lidských nádorových liniích HeLa potvrdily, že metoda je aplikovatelná i na lidské buňky. Výzkumníci úspěšně aplikovali systém pomocí lipidových nanočástic na šest různých transkriptů napříč čtyřmi typy rakovinných buněk, včetně melanomu a karcinomů plic či hlavy a krku.
Specifita a eliminace chybných zásahů
Klíčovým aspektem studie bylo ověření přesnosti systému. Výsledky ukázaly, že enzym Cas12a2 je vysoce citlivý na shodu vodicí RNA s cílem. V případech, kdy buňky obsahovaly fragmenty RNA s odlišnou sekvencí, nedošlo k aktivaci enzymu ani k následnému usmrcení buňky. To naznačuje nízkou míru nežádoucích zásahů mimo cílovou oblast.
Potenciální využití v medicíně
Studie definuje tři hlavní oblasti možného využití této technologie. První je léčba onkologických onemocnění, což bylo demonstrováno na modelu lidského nádoru vyvolaného virem HPV u myší, kde aplikace Cas12a2 zpomalila růst tumorů. Druhou oblastí je selekce buněk při genové editaci, kde může být nástroj využit k odstranění buněk, u nichž nedošlo k požadované úpravě genomu. Třetí oblastí je cílení na buňky s konkrétními bodovými mutacemi, například KRAS G12C u adenokarcinomů plic. V tomto případě vědci pozorovali synergický efekt při kombinaci enzymu se stávající farmakologickou léčbou, kdy kombinovaná terapie vedla k usmrcení více než 85 procent cílových buněk.
Autoři výzkumu, publikovaného v práci s názvem RNA-triggered cell killing with CRISPR–Cas12a2, předpokládají, že tento mechanismus bude využitelný pro selektivní eliminaci buněk v různých biologických kontextech, a to včetně medicíny a zemědělství.