CRISPR sửa đổi tác động như một công tắc BẬT- TẮT kiểm soát sự biểu hiện gen trong các TẾ BÀO GỐC

 Hệ thống CRISPR can thiệp ức chế hơn cách cắt bỏ hệ gen để kiềm chế gen trong các tế bào gốc, nâng cao hiệu quả và độ chính xác của CRISPR- Cas9.

Kết hợp 2 công cụ sinh học mạnh nhất thế kỷ 21, các nhà khoa học thuộc viện Gladstone đã sửa đổi như thế nào đó hệ gen của các tế bào gốc cảm ứng đa năng (iPSC). Vấn đề này lần đầu tiên đã được đọc ra nhờ việc sử dụng một biến thể của hệ thống CRISPR-Cas9. Sự phát triển của công nghệ này đã tạo ra một bước tiến mới về mặt công nghệ trong việc kiến tạo các mô hình tế bào các bệnh di truyền.

Trong một nghiên cứu được xuất bản trên tờ Cell Stem Cell, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một phiên bản sửa đổi của CRISPR gọi là CRISPR interference (CRISPRi) để làm bất hoạt gen trong các iPSC và các tế bào tim được tạo ra từ iPSC. Phương pháp này lần đầu tiên được công bố vào năm 2013 bởi Tiến sĩ Stanley Qi- một đồng tác giả của bài báo này, điếu đó đã làm cải thiện đáng kể hệ thống CRISPR ban đầu do việc cho phép các gen được yên lặng hoặc tắt (turn off) một cách chính xác và hiệu quả. CRISPRi cũng tạo ra tính linh hoạt trong việc đảo chiều và kiểm soát một cách thận trọng về lượng sự kiềm chế gen.Hệ thống CRISPR chuẩn sử dụng protein Cas9 để xóa chính xác một phần hệ gen nhờ việc tạo nên những vết cắt nhỏ trong DNA tế bào. CRISPR được xây dựng trên nền tảng công nghệ này nhờ việc sử dụng một phiên bản vô hiệu hóa đặc biệt của protein Cas9 và một protein ức chế bổ sung KRAB. Những protein này nằm trên một điểm đích (target spot) trên hệ gen và kiềm chế sự biểu hiện gen mà không cần phải cắt DNA..Các nhà khoa học hết sức ngạc nhiên là sự yên lặng tạm thời của biểu hiện gen theo cách này lại kéo dài hơn rất nhiều so với cắt bỏ vĩnh viễn hệ gen.

:"Chúng tôi hết sức ngạc nhiên bởi sự khác biệt đáng kể về hiệu suất giữa 2 chệ thống", tác giả Bruce Conklin- một nhà nghiên cứu tại viện Gladstone nói "Chúng tôi cứ nghĩ rằng, việc cắt vĩnh viễn hệ gen sẽ là cách hiệu quả hơn để làm yên lặng một gen. Nhưng trên thực tế CRISPRi là rất chính xác và việc gắn kết chặt chẽ với hệ gen của nó thực sự là là một cách tốt hơn để làm yên lặng một gen".

Trong nghiên cứu này, các nhà nghiên cứu đã so sánh giữa CRISPRi và CRISPR-Cas9 trong việc làm yên lặng một gen đặc biệt, kiểm soát tính đa năng của iPSC- các iPSC có thể biến thành nhiều dạng tế bào. Người ta đã phát hiện ra rằng, CRISPRi hiệu quả hơn nhiều CRISPR-Cas9, cụ thể là 95% các tế bào được tạo ra bởi CRISPRi có gen đích được yên lặng so với 60-70% tế bào được tạo ra bởi CRISPR-Cas9 không gây ra bất kỳ sự thay đổi về về sự ngắt đích (off target) nào trong biểu hiện gen. Đó là một vấn đề cần quan tâm đối với CRISPR-Cas9.

CRISPRi cũng tác động như một công tắc bật - tắt, điều đó cho phép các nhà khoa học làm đảo ngược sự kiềm chế gen bằng cách loại bỏ một cách đơn giản các chất hóa học làm "turn -on" chất ức chế gen. Ngoài ra, các nhà nghiên cứu đã điều chính được sự yên lặng của một gen bằng cách thay đổi số lượng hóa chất thêm vào. Cả 2 kết quả nghiên cứu đều hỗ trợ cho nhiều lĩnh vực nghiên cứu về vai trò của các gen xác định ảnh hưởng tới sự phát triển và bệnh tật của con người.

Các nhà khoa học đã chứng minh việc nâng cao khả năng của CRISPRi trong iPSC, các tế bào T và các tế bào tim được tạo ra từ các tế bào gốc. Ví dụ như người ta đã tạo được một mô hình bệnh tim nhờ việc sửa đổi hệ gen để kiềm chế một gen cần cho chức năng tim.

"CRISPRi có một lợi thế lớn trong việc tạo ra các dạng tế bào liên quan đến bệnh", tác giả bài báo nói "Nhờ sử dụng công nghệ này chúng ta có thể "bắt chước" được bệnh trạng trong một quần thể đồng nhất các tế bào tim được tạo ra từ các iPSC. Sự phát triển này cho phép chúng ta nghiên cứu các bệnh di truyền dễ dàng hơn và xác định được các đích trị liệu mới.

PGS.TS Nguyễn Văn Kình

Source: Science Daily, March .10.2016