Hybrydowe nukleazy

W tym aspekcie, coraz większą popularnością cieszą się narzędzia oparte o hybrydowe nukleazy, takie jak CRISPR/Cas9 (ang. Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats/Cas9 nuclease). Działają one jak molekularne nożyczki, precyzyjnie rozcinające DNA w ściśle zdefiniowanym miejscu. Dzięki takim manipulacjom, możliwe jest badanie funkcji poszczególnych genów, tworzenie nowych zwierząt transgenicznych, jak również leczenie chorób genetycznych u ludzi. Jednak pomimo ogromnego potencjału zastosowania takich narzędzi, nierozwiązany pozostaje problem ich skutecznego i bezpiecznego dostarczania do organizmów żywych. W działania te wpisuje się nowy wynalazek naukowców Wydziału Biochemii, Biofizyki i Biotechnologii UJ oraz Uniwersytetu Albert-Ludwigs we Freiburgu w Niemczech, którzy opracowali innowacyjną metodę przenoszenia enzymów modyfikujących DNA za pomocą pęcherzyków zewnątrzkomórkowych izolowanych z komórek macierzystych.

Pęcherzyki zewnątrzkomórkowe (ang. Extracellular vesicles; EVs) to naturalne struktury błoniaste wydzielane praktycznie przez wszystkie rodzaje komórek zarówno w stanach fizjologicznych, jak i patologicznych i odgrywają one ważną rolę w komunikacji międzykomórkowej. EVs zawierają bioaktywne cząsteczki, głównie w postaci RNA, białek i lipidów, które mogą być przenoszone do innych komórek, wpływając na ich funkcjonowanie. Wykorzystując ten naturalny system transportu substancji biologicznie czynnych, naukowcy wzbogacili zawartość EVs o czynniki modyfikujące DNA, zmieniając je na narzędzia do modyfikacji genetycznej. Co ważne, ze względu na bezkomórkowy charakter EVs, są one bezpieczne w użyciu, gdyż jako struktury pozbawione jądra komórkowego, nie niosą żadnego ryzyka powstania nowotworu. Wykorzystanie EVs jako nośników enzymów wprowadzających precyzyjne zmiany w DNA stanowi korzystną alternatywę wobec szeroko stosowanych wektorów wirusowych oraz liposomów lub innych sztucznych pęcherzyków. Zastosowanie wektorów wirusowych obarczone jest poważnym ryzykiem niebezpiecznych efektów ubocznych, natomiast sztuczne liposomy są często mało skuteczne in vivo.

Co ważne, w badaniach naukowców zostały wykorzystane pęcherzyki pochodzące z komórek macierzystych, które są ważnym klinicznie materiałem biologicznym i są stosowane w wielu terapiach regeneracyjnych na świecie.

Stosując układ modelowy, wykorzystujący białko zielonej fluorescencji (ang. Green Fluorescent Protein; GFP), naukowcy z obu Uniwersytetów wykazali skuteczność działania enzymów modyfikujących DNA, na przykładzie hybrydowych nukleaz, włączając nukleazy z motywem palców cynkowych (ang. Zinc Finger Nucleases; ZFN), nukleazy TALEN (Transcription Activator-Like Effector Nucleases; TALEN) oraz system CRISPR/Cas9, dostarczonych do komórek za pomocą EVs. Skuteczność systemu została potwierdzona zarówno in vitro, na liniach komórkowych, jak również in vivo, na modelu zwierzęcym. Efektywność działania tego systemu in vivo wynosiła nawet do 50% zmodyfikowanych genetycznie komórek w niektórych tkankach u myszy, zwłaszcza w wątrobie.

Uzyskane wyniki mogą mieć szerokie zastosowanie zarówno w badaniach naukowych, jak i w terapiach klinicznych w przyszłości, zwłaszcza w zakresie inżynierii genetycznej i terapii genowych. Zaproponowany system może być użyty do modelowania ludzkich chorób in vitro lub in vivo, co może być wykorzystane w badaniach toksykologicznych oraz farmakoterapii. Co więcej, poprzez odpowiednią modyfikację białek powierzchniowych komórek, z których pozyskiwane są EVs, można dostarczyć nukleazy tylko do określonego typu komórek, zwiększając tym samym specyficzność systemu. Taka perspektywa jest atrakcyjna zwłaszcza w aspekcie zastosowania EVs zawierających enzymy modyfikujące DNA w aplikacjach klinicznych, gdzie ważna jest zarówno skuteczność, jak i precyzja oraz bezpieczeństwo działania podanego czynnika terapeutycznego. Potencjalnym celem terapeutycznym może być np. inaktywacja genu CCR5 u pacjentów zarażonych wirusem HIV (ang. Human Immunodeficiency Virus), w celu zahamowania rozprzestrzeniania się wirusa. W tym aspekcie prowadzone są obecnie próby kliniczne wykorzystujące specyficzne nukleazy dostarczane w wektorach wirusowych typu AAV (ang. Adeno-associated virus). Jednak użycie bezpieczniejszych nośników, takich jak EVs, może stanowić korzystniejszy wybór.

Ochroną prawną wyżej opisanego wynalazku Uniwersytetu Jagiellońskiego i Uniwersytetu Albert-Ludwigs we Freiburgu w Niemczech, oraz kompleksową współpracą nauki z otoczeniem zajmuje się Centrum Transferu Technologii CITTRU UJ.

Obecnie Centrum Transferu Technologii CITTRU UJ poszukuje podmiotów zainteresowanych współpracą przy dalszym rozwoju i komercjalizacji tej innowacji.


Autor: Klaudia Polakowska – klaudia.polakowska@uj.edu.pl

Dr Klaudia Polakowska – broker technologii, odpowiedzialna za współpracę pomiędzy zespołami naukowymi z Wydziału Biochemii, Biofizyki i Biotechnologii UJ a przemysłem oraz za komercjalizację innowacji powstałych na tym Wydziale.

Artykuł przygotowany w ramach projektu ProBio Małopolska

PODZIEL SIĘ