Somatik Hücre Genomu Düzenleme

Şekil 1: Gen düzenleyici araçların paketlenmiş özel olarak teslim eden moleküllerin çizimi.

Amerika Birleşik Devletleri Ulusal Sağlık Enstitüleri (NIH) ‘in düzenlediği ortak fonuyla Somatik Hücre Genomu Düzenleme (SCGE) programı, kapsamında oluşan genetik değişikliklerin sebebiyet verdiği yaygın ve nadir görülen hastalıkların yükünü hafifletmek amacıyla gen düzenleme yaklaşımları ve etkinliklerini geliştirmek için fazlasıyla bir çalışma programı bulunmaktadır. [1].

Kurulan bu şirketler birliği hastalarda bulunan ve hastalıkla alakalı ilgili somatik hücrelerin genomlarını düzenlemek için en etkili yöntemleri geliştirmeyi hedeflemiş aynı zamanda genom modifikasyonlarını indükleyici etkiler ve bu indüklenme parametrelerini ölçmeyi, insan hücreleri içerisindeki genom düzenlemesinin downstream yönünün getireceği fonksiyonel yaklaşımları geliştirmeyi ve kıyaslamayı hedef almıştır. İn vivo şartlarda üretilmiş olan düzenlenmiş hücreleri izleyebilmek için yeni genom düzenleyicileri ya da hayvan modellemeleri gibi doğrulanmış veri kümeleriyle birlikte biyomedikal araştırmalar oluşturan SCGE Araç kitinde bir araya da getirilecek teknoloji ve çalışmaları da bünyesinde barındırmaktadır [2].

Bir insanın DNA’sında değişiklikler yapmak günümüzün getirdiği teknolojiler sayesinde artık kolaylaşmış ve hastalıkların tedavisinde güçlü sonuçlar elde etmemizi sağlamıştır. Geçirdiğimiz şu on yıl içerisinde gelişmeler bununla kalmamış genom düzenleme teknikleri ve teknolojileri ilerleyerek canlı hücrelerin içerisindeki DNA’nın kesin olarak değişime uğratılmasını mümkün kılmıştır. Bilim insanları genom düzenleme tekniklerinde iyileştirmeler yaparken hastalıkların tedavilerinde aksaklıklar ve teknolojilerin yine sınırlı şekilde uygulanmasını mümkün kılmıştır.

Tüm bu olumsuzluklar ve tedavilerin yanıtlarının iyileştirilmesi yanında maliyetlerin azaltılması ve moleküler biyoloji/genetik anlamında çığır açan çalışmaları da beraberinde getirmek için NIH, ortak fon oluşturarak 2018 yılında Somatik Hücre Genomu Düzenleme programını oluşturmuştur. [3].

En yeni teknoloji ve çalışmalar arasında homolog rekombinasyon, çinko parmak nükleazları (ZFN’ler), meganükleazlar ve transkripsiyon aktivatör gibi birçok benzeri efektör elemanları olan nükleazlar (TALEN’ler) de bulunmaktadır. Bunların yanında moleküler şekilde aralıklarla düzenlenmiş kümelenen kısa palindromik tekrarlar (CRISPR) ve bunun ile ilgili proteinler olan Cas proteinleri (CRISPR-Cas Teknolojisi) – bakteriyel bağışıklık yollarından türetilen- genom düzenleme teknolojileri de yeni bir devir başlatmıştır bilim dünyasında…

Bu teknolojinin ana hedefleri içerisinde kısmen de olsa hedef olarak seçilen dizilerinin basitçe tasarlanarak RNA kılavuzlarıyla kolayca programlanabilmesidir. Bu gelişmeler umut verici olsa da her ne kadar terapötik genom düzenlemesinin dönüştürücü etkileşimi tam manasıyla oluşmadan önce bazı zorluklar yine söz konusu olarak ortaya çıkmaktadır. [4].

Spesifik anlamda insan vücudundaki bazı hücre veya hücre gruplarının düzenlenmesi gibi iyileştirme çalışmaları günümüzde hala sınırlıdır ve bazı engellerle karşı karşıyadır. Çünkü insan vücudunun nasıl bir tepki vereceğini net bir şekilde bilemeyiz. Vücudun çeşitli hücrelerine genomu düzenleyecek donanımın yerleştirilmesi, hedef alınan hücre tiplerine veya da vücuttaki özel konumlarına göre düzenleme protokollerinin geliştirilmesini büyük bir titizlikle gerçekleştirilmelidir. [5].

Genom düzenleme programları çerçevesinde bu hastalıklara karşı uygulanmaya koyulan ya da deney araştırmaları gelecek yıllar için ümit verici olmakla birlikte SCGE, vücudumuzdaki somatik hücrelerinde etkili ve güvenli bir şekilde genom düzenleme işlemleri gerçekleştirmek için bunları değerlendirecek yeni teknolojik araçlarda üretmektedir. [6].

Şekil 2: Vücuttaki hücrelerin genomlarını düzenleyici araçlar.

a: Genom hücre düzenleyicilerinin hedefleri (sağda), bir hücrenin çekirdeğindeki DNA’dan mitokondri içindeki veya sitoplazmadaki RNA gibi bir hücrenin başka yerlerdeki nükleik asitlere kadar uzanabilirken Epigenomik düzenleyicilerinin hedefleri (solda) DNA veya RNA sekansını düzenlemeden yeniden modelleme işlemleriyle 3B yapısının modifikasyonu ve histonların ya da DNA ‘nın doğrudan modifikasyona uğraması da kromatin yapısının hedef değişikliğini sağlamaktadır. Embriyolarda germ hücre hattı değişimlerinin yanında vücut dışındaki hücrelerin düzenlenmesine karşılık yaklaşımlar SCGE konsorsiyumu tarafından doğrudan destek almamakla birlikte eksojen DNA eklenmesi yoluyla da gen büyütme stratejilerinden de yararlanamamaktadırlar.

b: Güvenlik açısından üst düzey derecede genom düzenleme terapötiklerinin kliniğe dönüştürülmesini amaçlayarak çalışmaların hızlandırılması için bir SCGEToolkit içerisinde birleştirilen araçlar ve ekipmanlarda bu çalışmalarda ortak şekilde kullanımları yaygın hale gelecektir. Bu araçlar birkaç departman kapsayıcı şekilde yeni çalışmalarla birlikte geliştirilen genom düzenleyicileri, dağıtım ağını kapsayan teknolojiler, insan biyolojisini araştıran sistemler vb.

Tüm bu olumsuzlukların giderilmesi için NIH tarafından kurulan bu konsorsiyum içerisinde çok iyi şekilde organize edilmiş 45 farklı proje ve bu projeleri yönlendiren 38 kurum, 72 baş müfettiş içeren SCGE Consortium’u destek sağlamak için toplam 6 sene içerisinde 190 milyon ABD Doları tahsis edilmiştir. (7).

Genel amaç hedefleri arasında genom düzenleyici teknolojiyi çok çeşitli dokulara ve hastalıklara karşı dönüşüm ve değişimleri hızlandırmaktadır. Bu alanın en zor tarafları içerisinde ortak ölçüm ve standartlar kullanılarak çeşitli teknolojilerin birbirleri arasında karşılaştırılmasıdır. Örnek olarak insan retina dağıtım sistemi ilgilenilen bir gende hedef alınan bölgeye yönelik indeler üretebilir. Ancak aynı sinyal dağıtım sisteminin akciğerdeki farklı bir geni düzeltip düzeltemeyeceği açık değildir. Tüm tıbbi teknoloji çalışmaları ve yöntemleri SCGE programıyla bağlantı ağı oluşturulmuş ileriki çalışmalar ışığında olumlu etkiler görülürse programın ilk üç yılında yapılan tüm yeni uygulamalar ve teknolojiler önce küçük hayvanlarda (fareler), başarı sağlanırsa ise domuzlar ve insan olmayan primatlar üzerinde test edilmeyi düşünmektedir [8].

Tüm veriler halka açık şekilde geniş bir araştırma topluluğu tarafından paylaşılıp literatüre eklenmekle beraber SCGE konsorsiyumunun dikkat ettiği noktalar başında kendi araştırma verilerinin erişime açık hale gelmesi ve sonuçlar doğrultusunda alınan ve uygulanan tedavi yöntemlerinin diğer araştırmacılar tarafından da bilinmesi ilkesi hastalık odaklı projelerin bilgilerinde hız kazanmak ve tedavi yöntemlerinin büyük ölçekte olumlu sonuçlar göstermesini sağlamak, şeffaflık olarak kabul edilmektedir. [9].

Şekil 3: Somatik Hücre Düzenleme Konsorsiyum içerisindeki kurum ve kuruluşlar.

Sonuç olarak SCGE, genom verilerinin düzenleme işlemlerini klinik çalışmalar çerçevesinde oluşturulması gereken fırsatlar şeklinde görüp, insan genomunun daha detaylı ve derin bir şekilde anlaşılıp çözüme kavuşturulması ve gelişen teknolojiyle beraber biyomühendislik araştırmalarıyla hibrit bir şekilde programlanmasını amaç edinmektedir. Bu şekilde hem hastalıkların oluşturduğu riskleri azaltma, güvenliği arttırma ve terapötik genom düzenleme gibi zorlu çalışmalarında artık rahat bir şekilde yapılabilmesini hedefleri arasında yer almaktadır. [10].

REFERANSLAR

1. Saha, K., Sontheimer, E. J., Brooks, P. J., Dwinell, M. R., Gersbach, C. A., Liu, D. R., ... & Zhou, J. (2021). The NIH Somatic Cell Genome Editing program. Nature, 592(7853), 195-204.

2. Urnov, F. D. et al. Highly efficient endogenous human gene correction using designed zinc-finger nucleases. Nature 435, 646–651 (2005).

3. Pickar-Oliver, A. & Gersbach, C. A. The next generation of CRISPR–Cas technologies and applications. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 20, 490–507 (2019).

4.Chu, V. T. et al. Increasing the efficiency of homology-directed repair for CRISPR–Cas9-induced precise gene editing in mammalian cells. Nat. Biotechnol. 33, 543–548 (2015).

5.Wu, W. et al. Efficient in vivo gene editing using ribonucleoproteins in skin stem cells of recessive dystrophic epidermolysis bullosa mouse model. Proc. Natl Acad. Sci. USA 114, 1660–1665 (2017).

6. Iwano, S. et al. Single-cell bioluminescence imaging of deep tissue in freely moving animals. Science 359, 935–939 (2018).

7.Sürün, D. et al. Efficient generation and correction of mutations in human iPS cells utilizing mRNAs of CRISPR base editors and prime editors. Genes (Basel) 11, 511 (2020).

8.Rees, H. A. & Liu, D. R. Base editing: precision chemistry on the genome and transcriptome of living cells. Nat. Rev. Genet. 19, 770–788 (2018).

9.Rouet, P., Smih, F. & Jasin, M. Expression of a site-specific endonuclease stimulates homologous recombination in mammalian cells. Proc. Natl Acad. Sci. USA 91, 6064–6068 (1994).

10. Jinek, M. et al. RNA-programmed genome editing in human cells. eLife 2, e00471 (2013).

Çeviren ve Derleyen : Zeynep Salgın

Şekil 1: https://ncats.nih.gov/somatic , Erişim: 15.04.2021.

Şekil 2: https://www.nature.com/articles/s41586-021-03191-1 , Erişim: 15.04.2021.

Şekil 3: https://commonfund.nih.gov/editing , Erişim: 15.04.2021.

Detaylı İnceleme İçin Web Siteleri:

1. https://commonfund.nih.gov/editing

2. https://commonfund.nih.gov/editing/highlights#progeria

3. https://ncats.nih.gov/news/releases/2019/somatic-cells

4. https://ncats.nih.gov/somatic

5. https://www.nih.gov/news-events/news-releases/nih-launch-genome-editing-research-program .

# somatik # hücre # genomu # düzenleme # modifikasyon # CRISPR-Cas