CRISPR Yöntemiyle Farelerde Otizm Belirtilerinin Azaltılabileceği Gösterildi

Otizm tanısı ve tedavisi oldukça zorlu, önemli bir hastalık. Yeni geliştirilen CRISPR yöntemi ilk kez farelerde oluşturulan otizm modelinde denendi ve bu yöntemle uygulanan tedavinin fareler üzerinde etkili olabildiği gösterildi.

CRISPR-Cas Yöntemi

crispr otizm 3

Bilmeyenler için CRISPR yönteminden kısaca bahsetmek istiyorum. Yeni keşfedilen genom düzenleme yöntemlerinden biri olan CRISPR-Cas sistemi aslında bakterilerin kendilerini ölümcül virüs saldırılarına korumak  için  geliştirdikleri  bir bağışıklık sistemi savunma mekanizmasıdır. Basitçe anlatmak gerekirse bu savunma sisteminin elemanları RNA molekülü ve cas9 denilen endonükleaz enzimidir. Virüs DNA’sını hedef alan ve ona komplementer olan bu RNA molekülü hedef DNA’ya bağlanarak, cas9 proteininin hedef DNA’ya ulaşmasını sağlar. Hedefine ulaşan cas9 endonükleaz enzimi ise diğer endonükleazlar gibi DNA’yı keser. Kesilen DNA parçası hücre tarafından derhal onarılmaya çalışılır ancak bu tamir işlemi hataya çok eğilimlidir ve hedef bölgede nakavt ile sonuçlanan mutasyonlara sebep olur. Bu şekilde virüs DNA’sı etkisiz hale getirilmiş olur.

Bilim insanları bakterilerde keşfettikten kısa bir süre sonra, bu sistemdeki büyük potensiyeli fark etmiş ve nakavt etmek istedikleri gene komplementer RNA moleküllerini cas9 endonükleazlarıyla birlikte değişik yöntemler kullanarak hücre içine göndererek istedikleri geni nakavt etmeyi başarmışlardır.

CRISPR’ın Farelerde Otizmin Belirtilerini Azalttığı Gösterildi

Bilim insanları CRISPR-Cas9 genom düzenleme yöntemini kullanarak Frajil X sendromlu farelerde bazı otizm belirtilerini azaltmayı başardılar. Frajil X sendromu (FXS) kalıtım yoluyla aktarılabilen ve zihinsel engelliliğe neden olan en yaygın olan hastalık. X kromozomu üzerindeki tek bir genin (FMR1) mutasyona uğraması sonucu ortaya çıkan bu hastalığa sahip bireylerin bazıları göz teması kuramama, el çırpma gibi otizm hastalığıyla ortak belirtiler gösterdikleri için, Frajil X sendromu otizmle ilişkili hastalıklar arasındadır.

Sonuçları Nature Biomedical Engineering dergisinde geçtiğimiz günlerde yayımlanan bu araştırmada, araştırmacılar fragile X sendromlu bu farelerin beyinlerinin striatum denilen bölgesine cas9 kompleksini taşıyan CRISPR-altın nano-parçacıklarını enjekte ettiler. Bu bölgenin otizmde yaygın olarak görülen tekrarlayan hareketleri de içeren alışkanlıkları oluşturmada rol aldığı keşfedilmişti. Cas9 endonükleaz enziminin hedefi uyarıcı bir reseptör olan metabotropik glutamat reseptörleriydi (mGLUR5) çünkü bu reseptörlerin nöronlar arası iletişimde rol aldıkları ve Frajil X sendromunda bozukluklar gösterdiği biliniyordu. mGLUR5 genini etkisiz hale getirerek, araştırmacılar nöronlar arasındaki aşırı iletişimi engellediler ve böylece tekrarlayan davranışları azaltabildiler.

crispr otizm 1

Teksas Sağlık Bilimleri Araştırma Merkezi Üniversitesinde öğretim üyesi ve araştırmanın lideri Hee Young Lee “Bu araştırmadan önce striatum bölgesindeki mGLUR5 reseptörlerinin aşırı tekrarlayan davranışlarla ilgili olduğunu bilmiyorduk, bu bizim çalışmamızın önemli biyolojik keşiflerinden biri” dedi.
Araştırmacılar FXSli farelerdeki tekrarlayan bir davranış olan aşırı eşeleme hareketinin mGLUR5 geninin etkisiz hale getirilmesi sonucu azalıp azalmadığını ölçmek için bilye gömme testini kullandılar.

Bilye Gömme Testi

crispr otizm 2

Bilye gömme testinde FXSli fareler takıntılı bir biçimde bütün bilyeleri tekrar tekrar eşeleyip gömerken(ortada), bu farelere mGLUR5 genini hedef alan Crispr-altın nano-parçacıkları enjekte edildiğinde bu davranışta azalma gözlemlendi (solda).

Kontrol grubuna göre, Crispr-altın nano-parçacıkları enjekte edilen farelerin gömdüğü bilye sayısında %30 azalma görüldü. Ayrıca başka bir tekrarlayan davranış olan aşırı zıplama da kontrol grubuna göre %70 azaldı. Striatum bölgesini incelediklerinde mGLUR5 genlerinin %50sinin inaktif hale getirilebildiğini buldular. Yani bu bölgedeki reseptör sayısının yarıya inmesi tekrarlayan davranışlardaki azalmayı gözlemleyebilmeye yetmişti.

Araştırmacılara göre CRISPR-Altın yöntemiyle cas9 endonükleaz enzimini vücuda vermenin virüs aracılığıyla verme yöntemine göre pek çok avantajı var. Berkeley’de biyomühendislik profesörü ve CRISPR-Altın teknolojisinin mucidi Niren Murthy “Bu araştırmanın en ilginç yanı, CRISPR-Altın nano-parçacıkları kullanılarak hastalığa sebep olan bir genin nakavt edilebildiğini ve buna bağlı davranış değişiklerini açıkça görebilmemizdir. Bu çalışma virüsler kullanılmadan da CRISPR-Cas genom düzenleme yönteminin uygulanabileceğini gösteren ilk çalışmadır” dedi.

Virüslerle dağıtım yöntemleri yukarıda da belirtildiği gibi bazı dezavantajlarından dolayı tercih edilmiyor. CRISPR-Cas9 molekülleri virüsler yoluyla vücuda verildiğinde, bu moleküllerin hücre içerisine çoğalmaları kontrol edilemez. Bu ise hedeflenen gen dışında başka genlerin de nakavt olmasına ve aşırı yabancı protein birikmesi sonucu hücreye toksik etki yapıp şekil değişiklerine neden olur. CRISPR-Altın yöntemi ile bu zorlukların çoğu aşılmış olsa da, bütün sorunlar maalesef tamamen çözülebilmiş değil. Örneğin, toksiklik problemi bu parçacıkların hücre içinde birikmesiyle yine hücrelerde sorunlara yol açabilir. Ayrıca bu yöntemle sadece tek bir tip hücre tipini (örneğin sadece nöronları ya da sadece glia hücrelerini) hedefleyebilmek şu an için mümkün görünmüyor.

Araştırmacılar ayrıca bu çalışmada yaptıkları gibi kafatasını açıp ilgili bölgeye parçacıkları enjekte etmek yerine omuriliğe enjekte edip parçacıkları direkt merkezi sinir sistemine ulaştırma üzerine çalışıyorlar ve bu konuda oldukça iyimserler.

Sonuç olarak bu araştırmayla birlikte otizm gibi nihai tedavisi olmayan bir hastalıkta yeni bir genom düzenleme yöntemi kullanılarak bazı semptomların azaltılabileceği gösterilmiş oldu.

Eğer önümüzdeki yıllarda bu yöndeki çalışmaların güvenilirliği kanıtlanırsa sadece otizm için değil, tedavisi olmayan birçok hastalık için kalıcı tedaviye giden yol açılabilir gibi görünüyor.

***

Anasayfamızdan daha fazla sinirbilim yazısına ulaşabilir, podcast ve videolarımıza erişebilirsiniz.

***

Kaynaklar ve ileri okuma:

Görseller Yazar Kübra Çelikbaş tarafından çizilmiştir.

Makale CRISPR-Cas Immun Sisteminin Biyolojisi, Mekanizması ve Kullanım Alanları

Makale Frajil X Sendromu Nedir?

Makale Nature Biomedical Engineering

Makale Berkeley.edu