د. إِيهاب محمد زايد يكتب : طفرة طبية جديدة: تقنية كريسبروف تتحكم فيما فوق الجينات

في تقنيات تصويب الجينات اكتشف العلماء كيفية تعديل البنية الأساسية لـ كريسبر CRISPR لتوسيع مدى وصولها إلى ما بعد الجينوم( الجينوم هو كل المادة الوراثية) وإلى ما يُعرف باسم epigenome - وهي بروتينات وجزيئات صغيرة تلتصق بالحمض النووي وتتحكم في متى وأين يتم تشغيل الجينات أو إيقاف تشغيلها وهو يعني حرية التعبير في الأوساط الخلوية وهي مساؤات للحرية بالنظام الخلوي يتحكم فيها عوامل ليست جينية أي وراثية لذا يطلق عليها ما بعد أو فوق الجينات أو اللاجينية. أشار إلي هذا  جيسون ألفاريز حاصل على بكالوريوس. من جامعة كاليفورنيا ، بيركلي ، وماجستير. من جامعة هارفارد. قبل الانضمام إلى فريق الاتصالات بجامعة كاليفورنيا في سان فرانسيسكو للكتابة عن أبحاث الأحياء الأساسية في 2018

في ورقة بحثية نُشرت في 9 أبريل 2021 ، في مجلة Cell ، وصف باحثون في جامعة كاليفورنيا في سان فرانسيسكو ومعهد وايتهيد أداة جديدة قائمة على تقنية كريسبر تسمى "كريسبروف" CRISPROFF ، والتي تسمح للعلماء بإيقاف تشغيل أي جين تقريبًا في الخلايا البشرية دون إجراء تصويب واحد للشفرة الجينية. أظهر الباحثون أيضًا أنه بمجرد إيقاف تشغيل الجين ، فإنه يظل خاملًا في نسل الخلية لمئات الأجيال(من الخلايا) ، ما لم يتم تشغيله مرة أخرى باستخدام أداة تكميلية تسمى CRISPRon ، موصوفة أيضًا في الورقة البحثية.

نظرًا لأن الإيبيجينوم(ما فوق الجينات) يلعب دورًا رئيسيًا في العديد من الأمراض ، من العدوى الفيروسية إلى السرطان ، فقد تؤدي تقنية "كريسبروف" CRISPRoff يومًا ما إلى علاجات جينية قوية. ونظرًا لأن هذا النهج لا يتضمن أي تعديلات على الحمض النووي ، فمن المحتمل أن يكون أكثر أمانًا من علاجات كريسبر التقليدية ، والتي عُرف عنها أنها تسبب تغيرات غير مرغوب فيها وقد تكون ضارة في الجينوم.

قال دكتور لوك جيلبرت(عضو IGI ، وأستاذ في مركز السرطان الشامل لعائلة هيلين ديلر بجامعة كاليفورنيا في سان فرانسيسكو ، ومؤلف أول مشارك في البحث الجديد.): "على الرغم من أن العلاجات الجينية والخلوية هي مستقبل الطب ، إلا أن هناك مخاوف محتملة تتعلق بالسلامة بشأن تغيير الجينوم بشكل دائم ، وهذا هو السبب في أننا نحاول التوصل إلى طرق أخرى لاستخدام تقنية كريسبر لعلاج الأمراض". 

من الجينوم إلى محرر Epigenome

تم تجهيز كريسبر التقليدية CRISPR بقطعتين من المركبات الجزيئية التي تجعلها أداة فعالة لتصويب الجينات. أحد المكونات هو إنزيم قص الحمض النووي ، والذي يمنح كريسبر القدرة على تغيير تسلسل الحمض النووي. والآخر عبارة عن جهاز توجيه يمكن برمجته للتركيز على أي تسلسل الدنا DNA ذي أهمية ، مما يمنح تحكمًا دقيقًا في مكان إجراء التعديلات.

لبناء تقنية "كريسبروف"CRISPRoff ، استغنى الباحثون عن وظيفة إنزيم قص الحمض النووي من تقنية كريسبر التقليدية CRISPR مع الاحتفاظ بجهاز التوجيه ، مما أدى إلى إنشاء CRISPR مُجرد قادر على استهداف أي جين ، ولكن ليس تصويبة. ثم ربطوا إنزيمًا بهذه التقنية المجردة كريسبر. ولكن بدلاً من ربط الحمض النووي ، يعمل هذا الإنزيم على الإبيجينوم أي ما فوق الجينات وهي العوامل التي نكفل حرية التعبير للجينات.

تستهدف الأداة الجديدة خاصية جينية معينة تُعرف باسم ميثلة الحمض النووي (إضافة مجموعة ميثيل) ، والتي تعد واحدة من العديد من الأجزاء الجزيئية في الإبيجينوم. عندما يتم ميثلة الحمض النووي ، يتم لصق علامة كيميائية صغيرة تعرف باسم مجموعة الميثيل على الحمض النووي ، مما يؤدي إلى إسكات الجينات القريبة. على الرغم من أن مثيلة الحمض النووي تحدث بشكل طبيعي في جميع خلايا الثدييات ، فإن تقنية CRISPRoff توفر للعلماء تحكمًا غير مسبوق في هذه العملية. هناك أداة أخرى موصوفة في الورقة ، تسمى CRISPRon ، تزيل علامات المثيلة المودعة بواسطة CRISPRoff ، مما يجعل العملية قابلة للعكس تمامًا.

قال جوناثان وايزمان ، الحاصل على درجة الدكتوراه ، وعضو معهد وايتهيد ومعهد وايتهيد ، والمؤلف الأول المشارك في الورقة الجديدة وعضو هيئة التدريس السابق في جامعة كاليفورنيا في سان فرانسيسكو: "لدينا الآن أداة بسيطة يمكنها إسكات الغالبية العظمى من الجينات". يمكننا القيام بذلك لجينات متعددة في نفس الوقت دون أي ضرر للحمض النووي ، وبطريقة يمكن عكسها. إنها أداة رائعة للتحكم في التعبير الجيني ".

"المفاجأة الكبرى" تقلب الأعماق الأساسية استنادًا إلى عمل سابق لمجموعة في إيطاليا ، كان الباحثون واثقين من أن تقنية CRISPRoff ستكون قادرة على إسكات جينات معينة ، لكنهم اشتبهوا في أن حوالي 30٪ من الجينات البشرية لن تستجيب للأداة الجديدة.

يتكون الحمض النووي من أربعة أحرف وراثية - A ، C ، G ، T - ولكن بشكل عام ، يمكن ميثلة فقط Cs بجانب Gs. ولتعقيد الأمور ، اعتقد العلماء منذ فترة طويلة أن المثيلة يمكنها فقط إسكات الجينات في مواقع في الجينوم حيث تكون تسلسلات CG شديدة التركيز ، وهي مناطق تُعرف باسم "جزر CpG".

نظرًا لأن ما يقرب من ثلث الجينات البشرية تفتقر إلى جزر CpG ، افترض الباحثون أن المثيلة لن تؤدي إلى إيقاف هذه الجينات. لكن تجاربهم CRISPRoff قلبت هذا الإعتقاد اللاجينيي.

قال جيلبرت: "ما كان يعتقد قبل هذا العمل هو أن 30 بالمائة من الجينات التي لا تحتوي على جزر CpG لا يتم التحكم فيها عن طريق مثيلة الحمض النووي". "لكن عملنا يظهر بوضوح أنك لا تحتاج إلى جزيرة CpG لإيقاف الجينات عن طريق المثيلة. كان ذلك بالنسبة لي مفاجأة كبيرة ".

تعزيز الإمكانات العلاجية لـ CRISPRoffتتمتع تصويبات الوراثة اللاجينية سهلة الاستخدام مثل CRISPRoff بإمكانيات علاجية هائلة ، ويرجع ذلك في جزء كبير منه ، مثل الجينوم ، إلى أن الجينوم يمكن أن يورث إلي الأجيال القادمة وبالتالي فإن التصويب ينتقل إلي جيل أخر.عندما يقوم CRISPRoff بإسكات الجين ، لا يظل الجين متوقفًا في الخلية المعالجة فحسب ، بل يظل أيضًا في أحفاد الخلية أثناء انقسامها ، لما يصل إلى 450 جيلًا لنفس الخلية.

ولدهشة الباحثين ، كان هذا صحيحًا حتى في نضوج الخلايا الجذعية. على الرغم من أن الانتقال من الخلية الجذعية إلى الخلية البالغة المتمايزة يتضمن إعادة توصيل كبيرة للإبيجينوم ، فإن علامات المثيلة تترسب بواسطة CRISPRoff تم توريثها بأمانة في جزء كبير من الخلايا التي قامت بهذا الانتقال.

تشير هذه النتائج إلى أن CRISPRoff لن يحتاج إلى إجراءه إلا مرة واحدة للحصول على تأثيرات علاجية دائمة ، مما يجعله نهجًا واعدًا لعلاج الاضطرابات الوراثية النادرة - بما في ذلك متلازمة مارفان ، التي تؤثر على النسيج الضام ومتلازمة أيوب واضطراب الجهاز المناعي وأنواع معينة من السرطان - الذي يحدث بسبب نشاط نسخة واحدة تالفة من الجين.

لاحظ الباحثون أنه على الرغم من أن تقنية CRISPRoff واعدة بشكل استثنائي ، إلا أن هناك حاجة إلى مزيد من العمل لتحقيق إمكاناتها العلاجية الكاملة. سيحدد الوقت ما إذا كانت تقنية CRISPRoff والتقنيات المماثلة هي بالفعل "مستقبل الطب".