A szakértők egy különleges CRISPR-enzimet használtak fel arra, hogy a rákos sejtek DNS-ét darabokra szaggatva küzdjenek a daganatos betegség ellen, a sejtek önmegsemmisítését váltva ki. Az enzim programozható, hogy felismerjen egy adott hírvivő RNS-t, például egy tumorsejt által termelt molekulát. Amint az enzim megtalálja a célpontját, darabokra szaggatja a kiválasztott sejt genomját.
A DNS-aprító módszer, amelyről a Nature folyóiratban megjelent két tanulmányban számolnak be a kutatók, lehetőséget nyújthat a szakembereknek azon tumorsejtek elpusztítására, amelyek gyógyszerrezisztens mutáns fehérjéket fejeznek ki, és amelyeket hagyományos hatóanyagokkal mostanáig nehéz volt célba venni.
„Ez egy molekuláris kikapcsológomb, amely felismer egy adott RNS-t. Lényegében egy programozható kemoterápiáról van szó”
– mondja Yang Liu, a Utah-i Egyetem orvostudományi karának molekuláris biológusa, a tanulmányok egyikének szerzője.
Egy német biotechnológiai vállalatnál, az Akribion Therapeuticsnél már a korai fejlesztési szakaszban van egy olyan terápia, amely az új módszert alkalmazza a humán papillomavírus (HPV) által okozott fej- és nyaki rákok kezelésére. A cél az, hogy 2030-ra rendelkezésre álljanak az első klinikai vizsgálati adatok, mondja Paul Scholz, a vállalat társalapítója, illetve kutatási és fejlesztési vezetője, valamint az új tanulmányok egyikének társszerzője.
Bakteriális őrök
A CRISPR-rendszerek természetes módon fordulnak elő baktériumokban és más mikroorganizmusokban, ahol védő immunmechanizmusként működnek. Egyes CRISPR-rendszerek olyan RNS-eket használnak, amelyek a CRISPR-hez kapcsolódó (CRISPR-associated, röviden Cas) enzimeket a vírusok és más behatolók DNS-szakaszaihoz irányítják. A Cas-enzim ezután elvágja a DNS-t, megsemmisítve az ellenségként felismert sejtet. A kutatók több mint egy évtizede próbálják kihasználni és módosítani ezeket a rendszereket a genomok szerkesztésére, saját vezető RNS-eket hozva létre, amelyek a Cas-enzimeket a szerkeszteni kívánt helyre irányítják.
De nem minden Cas-enzim egyforma. Közel tíz évvel ezelőtt Ryan Jackson, a Utah Állami Egyetem biokémikusa és kollégái elkezdték feltárni a Cas12a2 nevű Cas-fehérje működési mechanizmusát. A kutató elmondása szerint az volt az előzetes feltételezésük, hogy az enzim nagyjából úgy fog működni, mint a génszerkesztéshez használt egyéb Cas-fehérjék.
A laboratóriumban végzett vizsgálatok azonban sorozatban kudarcba fulladtak. Újra és újra azt látták, hogy az enzim nem úgy viselkedik, ahogy szeretnék, ami teljesen érthetetlennek tűnt. Jackson eleinte arra gyanakodott, hogy a hallgatói rontottak el valamit, amitől szennyeződött a fehérje. Végül ő és kollégái, valamint egy másik kutatócsoport is rájöttek, hogy a Cas12a2 tényleg más, mint a többi hasonló enzim.
Miután felismeri a vezető RNS-ével egyező RNS-szekvenciákat, elszabadul, és válogatás nélkül aprítani kezdi a DNS-t, ami miatt a megtámadott sejt növekedése leáll.
A természetben ez korlátozhatja az idegen sejtek által okozott fertőzések terjedését egy populációban. „Hogy a fenébe dolgozhat ki a természet egy ennyire komplex trükköt?” – teszi fel a kérdést Rene Bernards, az amszterdami Holland Rákkutató Intézet tumorgenetikus szakértője. „De tulajdonképpen mindegy is. Mi remekül kihasználhatjuk” – teszi hozzá.
Parányi bérgyilkosok
A jelenség hasznosítási lehetőségeinek kidolgozását már két kutatócsoport is megkezdte. Mindkét csapat a rákra, és konkrétan azokra a daganatokra összpontosított, amelyeket olyan mutáns fehérjék hajtanak, amiket a szakértők hagyományos eszközökkel eddig nehezen tudtak célba venni. Az egyik csoport a Cas12a2-t a sejtek által termelt különféle RNS-ekre irányította, beleértve olyanokat is, amelyekben a TP53 gén mutáns verziója található. Ez a gén az összes rákos megbetegedés akár felében is mutálódik. A másik csoport a KRAS gén mutáns változatából származó RNS-t vette célba. A mutáns KRAS-fehérjék a sejtek kontrollálatlan szaporodását okozhatják, és a leghalálosabb rákfajták egy részéért felelősek.
A Cas12a2 mindkét esetben figyelemre méltó specificitást mutatott: szelektíven elpusztította a rákkal összefüggő mutációkat hordozó sejteket – még akkor is, ha a mutáció csupán egy bázissal tért el a normál RNS-től.
A módszer laboratóriumban tenyésztett emberi sejteknél is működött, és élő egerekben is csökkentette a mutált TP53 által vezérelt, illetve HPV által okozott daganatokat.
Ezektől a kísérletektől még hosszú az út egy olyan terápiáig, amelyet embereken is tesztelni lehet, hangsúlyozza Baojun Wang, a kínai Zhejiang Egyetem szintetikus biológusa. De a munka egy nagyon ígéretes technológia fontos mérföldkőnek számító koncepcióbizonyítéka, teszi hozzá a kutató. Liu szerint az alkalmazások a rák mellett az autoimmun és idegrendszeri betegségek gyógyítására is kiterjedhetnek. „Sokféle célpontot lehet meghatározni, feltéve, hogy azok egyedi RNS-t tartalmaznak” – mondja.
Fő a biztonság
Még mindig vannak persze leküzdendő akadályok, mielőtt ez megvalósulhat. A Cas12a2-t be kell juttatni a sejtekbe, ami nem egyszerű feladat, mivel viszonylag nagy méretű fehérjéről van szó. További biztonsági vizsgálatokra lesz szükség annak biztosítására is, hogy a Cas12a2 ne okozzon kárt az egészséges sejtekben, mondja Wang. Az eddigi kísérletekben azonban az enzim magas fokú specificitást mutatott, csupán azokat a sejteket pusztította el, amelyek a mutáns RNS-t termelték.
„Összességében a technológia már most is szelektívebbnek tűnik, mint számos, általánosan alkalmazott kemoterápiás módszer, amelyek a szervezetben minden gyorsan osztódó sejtet elpusztítanak”
– mondja Jingkun Zeng, a kaliforniai Gladstone Intézetek rákbiológusa és a TP53-at célzó tanulmány társszerzője. „A mi technológiánk sokkal specifikusabb lesz” – hangsúlyozza a kutató.
Egy másik fontos aggály, hogy a kísérletek során az enzim nem pusztította el az összes tumorsejtet, még a laboratóriumban tenyésztett sejteknél sem. Ez kissé elgondolkodtató, mondja Bernards, hozzátéve, hogy a Cas12a2-terápia kombinálható lehet más rákkezelésekkel a hatékonyság növelése és annak az esélynek a csökkentése érdekében, hogy a daganat rezisztenssé váljon a terápiára. A Cas12a2-alapú megközelítések tehát még mindig a fejlesztés kezdeti szakaszában vannak. Ahogy Bernards mondja: „Nyilvánvalóan van még mit javítani rajtuk, de nagyon ígéretesek.”
