Forskare vid UNSW Sydney och St. Jude Children’s Research Hospital rapporterar en CRISPR-derived ”epigenomeditering”-metod som aktiverar gener genom att ta bort DNA-metyleringsmärken istället för att skära DNA. I cellbaserade experiment visar de att promotormetylering kan direkt – och reversibelt – tysta fosterglobingener, en upptäckt som de säger hjälper till att avgöra en långvarig debatt om metylering är orsakssamband eller bara korrelerad med genstängning. Arbetet pekar på en potentiell väg mot säkrare behandlingar för sicklecellssjuka genom att reaktivera fostrerhemoglobin utan att skapa DNA-brott.
Forskare vid UNSW Sydney, i samarbete med kollegor vid St. Jude Children’s Research Hospital i Memphis, har demonstrerat en CRISPR-baserad metod för att slå på och av gener genom att redigera kemiska märken på DNA istället för att skära det.
Resultaten, publicerade i Nature Communications, fokuserar på DNA-metylering – små kemiska grupper som läggs till på DNA och ofta finns vid gener som är avstängda. Med ett modifierat CRISPR-system utformat för att rikta in sig på dessa märken rapporterar forskarna att borttagning av metylgrupper från genpromotorer kan reaktivera genuttryck i humana celler odlade i labb. När metylgrupperna återställdes på samma platser tystades generna igen.
”Vi visade mycket tydligt att om man borstar bort spindelväven så tänds genen”, sa studiens huvudförfattare Merlin Crossley, UNSW:s prorektor för akademisk kvalitet. ”Och när vi lade tillbaka metylgrupperna på generna släcktes de igen. Så dessa föreningar är inte spindelväv – de är ankare.”
Forskarna säger att resultaten stöder synen att metylering vid promotorer kan ha en direkt, reversibel roll i genrepression, snarare än att bara dyka upp som ett passivt märke på redan inaktivt DNA.
Ett nyckelmål relaterat till sjukdom i studien är fosterglobingenerna (HBG1/HBG2), som normalt tystas kring födseln. Att reaktivera fostrerhemoglobin är en väletablerad strategi för att lindra symtom vid sjukdomar orsakade av defekter i vuxenhemoglobin, inklusive sicklecellssjuka. Det nya arbetet tyder på att fosterglobin kan reaktiveras genom riktad promotordemetylering utan att införa DNA-dubbelsprickor.
”Varje gång man skär DNA finns cancerrisk”, sa Crossley och argumenterade för att metoder som undviker skärning kan minska vissa säkerhetsoro kopplade till nukleasbaserad genomeditering.
Studiens medförfattare Kate Quinlan sa att arbetet illustrerar en bredare potential för ”epigenetisk” eller ”epigenom”-editering. ”Vi är entusiastiska över epigenetisk editerings framtid eftersom vår studie visar att den låter oss förstärka genuttryck utan att ändra DNA-sekvensen”, sa hon och tillade att behandlingar baserade på detta tillvägagångssätt kan ha färre oönskade negativa effekter än tidigare CRISPR-strategier.
I ett potentiellt framtida kliniskt arbetsflöde beskrivet av forskarna kunde läkare samla patientens bloddstammarceller, tillämpa epigenomeditering i labbet för att ta bort metyleringsmärken vid fosterglobinpro-motorerna och sedan återföra dessa celler till patienten för att stödja produktion av friskare röda blodkroppar.
Hittills har arbetet utförts i labbexperiment med humana celler. Teamen säger att nästa steg inkluderar tester i djurmodeller och utökning av verktygslådan för genriktade epigenetiska modifieringar för terapeutiska – och potentiellt jordbruksrelaterade – tillämpningar.
