Gen düzenleme tekniği kanser çalışmalarında yeni bir yol açtı

Araştırmacılar, insan genomlarını dizilemenin ve DNA’daki kritik değişiklikleri okumanın yeni yollarını araştırırken, fazlasıyla uzun olan tümör genleri etrafındaki DNA’yı keserek dizi bilgisini toplamak için kullanılabilen CRISPR adlı DNA kesme aracını başarılı biçimde kullandı. Bu sayede, hastaların tümörleri hızlı ve görece ucuz bir şekilde dizilenebilir.

DUVAR – ‘Nature Biotechnology’ dergisinin 10 Şubat tarihli sayısında, insan meme kanseri hücreleri ve dokusundan alınan genomların kullanıldığı temel deneylerin ulaştığı kanıtlarla ilgili bir rapor yayımlandı.

Araştırmacılar, CRISPR’ı (gen düzenleme tekniğini/ç.n.) insan kanser dokusunun DNA bileşenlerini dizileyen araçlarla eşleştirmenin, gelecekte, hastaların tümörlerinin hızlı ve görece ucuz bir şekilde dizilenmesini sağlayacak, son derece spesifik ve kişisel genetik değişiklikleri hedefleyen tedavilerin seçimini ve kullanımını kolaylaştıracak bir teknik olacağını ifade ediyorlar.

YENİ TEKNİK DAHA HIZLI VE İSABETLİ SONUÇ VERİYOR

Johns Hopkins Üniversitesi Tıp Fakültesi’nde Biyomedikal Mühendisliği, Moleküler Biyoloji ve Genetik alanlarında yardımcı doçent olan Dr. Winston Timp, “Kanser hastalarında tümör dizilimi yapmak için mutlaka tüm kanser genomunu sıralamanız gerekmiyor” diyor. “Genetik alâkanın belirli alanlarının derinlemesine biçimde dizilenmesi, fazlasıyla bilgilendirici olabilir.”

Bilim insanları, geleneksel bir genom diziliminde, söz konusu DNA’nın birçok kopyasını üretmeli, DNA’yı rastgele parçalara ayırmalı ve kırık DNA parçalarını, DNA’yı meydana getiren, A, C, G ve T harfleriyle simgelenen ve ‘nükleik asitler’ olarak adlandırılan dört ‘bazdan’ oluşan kimyasal bileşiklerin dizesini okuyan bilgisayarlı bir makine vasıtasıyla beslemeli.

Winston Timp ve doktora sonrası öğrenci ve tıp doktoru Timothy Gilpatrick, birlikte geçekleştirdikleri deneyde, bir hastanın meme kanseri tümöründen alınan bir doku şeridinden izole edilen DNA üzerinde hedeflenmiş bazı kesikler yapmak için CRISPR’ı kullanarak, geleneksel dizilemenin DNA kopyalama bölümünü atlayabildi.

Bunun ardından, bilim insanları DNA bölümlerinin CRISPR ile kesilen uçlarına ‘dizileme adaptörleri’ yapıştırdılar. Bu adaptörler, DNA’yı küçük deliklere veya diziyi okuyan ‘nano-gözeneklere’ (ing. nanopore) yönlendiren bir tür kulp işlevi görüyor.

DNA’yı bu dar gözeneklerden geçirdikten sonra, bir sıralayıcı (dizileyici), her kimyasal kod ‘harfinin’ delikten geçişiyle ortaya çıkan benzersiz elektrik akımına dayalı DNA harflerinin okunmasını sağlayabiliyor.

Johns Hopkins’te görevli bilim insanları, ekibin üzerinde yoğunlaştığı 10 meme kanseri türünün genleri arasında ‘metil grupları’ denilen ve genlerin nasıl okunacağını etkileyen kimyasalların DNA’ya ilave edildiği, ‘metilasyon’ adı verilen bir tür DNA değişikliğini saptamak amacıyla meme kanseri hücre dizileri ve doku örnekleri üzerinde ‘nano-gözenek’ dizilimini kullanabildiler.

Araştırmacılar, hücre yapısı ve iskelesinin oluşumunda önem taşıyan Keratin-19 (KRT19) adı verilen bir gende DNA metilasyonunun azaldığı bir yer buldular. Daha eski çalışmalar, KRT19’daki DNA metilasyonunda yaşanan bir azalmanın tümör yayılımıyla ilişkili olduğunu ortaya koymuştu.

GELENEKSEL YÖNTEMDEN YÜZLERCE KAT ETKİLİ

Johns Hopkins ekibi, üzerinde çalıştıkları meme kanseri hücre dizilerinde, bazik dizi başına ortalama 400 ‘okuma’ gerçekleştirebildi ve bu, kimi geleneksel dizileme araçlarından yüzlerce kat daha iyi bir okuma ‘derinliğine’ ulaştıkları anlamına geliyor.

Ekip, biyopsilerde alınan insan meme kanseri tümör dokusu örnekleri arasında, bölge başına ortalama 100 okuma gerçekleştirmeyi başardı. Timp, “Bu, kesinlikle hücre dizileriyle yapabileceğimizden daha az ama insan doku örneklerinden alınan DNA’ya karşı daha hassas olmalıyız; çünkü birkaç kez dondurulmuş ve çözülmüş durumdalar” diyor.

Tımp ve Gilpatrick, DNA metilasyonu ve küçük mutasyonlar hakkındaki araştırmalarının yanı sıra, genom üzerinde 80.000’den fazla baz uzunluğa sahip bir bölgeye yayılan ‘BRCA1’ adlı ve yaygın biçimde meme kanseriyle ilişkili olan geni diziledi. Gilpatrick, “Bu gen gerçekten çok uzun ve biz bu büyük ve karmaşık bölgede sonuna kadar giden dizileme okumalarını toplayabildik” diyor.

Timp, “Bu tekniği gerçekten uzun genleri dizilemek amacıyla kullanabildiğimiz için, daha geleneksel dizileme araçlarıyla bulamayacağımız ve eksik durumdaki büyük DNA bloklarını saptayabiliyoruz” diyor.

Timp, hastalar bağlamında tedaviye rehberlik etme potansiyeline ek olarak, CRISPR teknolojisi ve nano-gözenek dizilemesinden oluşan birleşimin, bilim insanlarının başka bir gene değil de yalnızca bir allel’e (gen çiftine/ç.n.) özgü (kalıtımsal olarak bir ebeveynden alınan) spesifik bir yeni hastalık bağlantılı gen değişikliklerini saptamasına yardım edebileceğini ifade ediyor.

Tımp ve Gilpatrick, CRISPR/nano-gözenek dizileme tekniğini daha da saflaştırmaya ve diğer tümör tipleri üzerindeki yeteneklerini test etmeye devam etmeyi planlıyor.

Araştırma için gereken fon Ulusal Sağlık Enstitüleri Ulusal İnsan Genom Araştırma Enstitüsü (R01 HG009190) tarafından sağlandı.

Timp ve Gilpatrick’le birlikte araştırmaya katkıda bulunan diğer bilim insanları, Johns Hopkins Üniversitesi’nden Isac Lee; Johns Hopkins Kimmel Kanser Merkezi’nden Bradley Downs ve Saraswati Sukumar; James E. Graham, Etienne Raimondeau, Rebecca Bowen ve Oxford Nanopore Technologies’ten Andrew Heron; ve Baylor Tıp Koleji’nden Fritz Sedlazeck idi.

Bu makalenin aslı Science Daily sitesinde yayımlanmıştır. (Çeviren: Tarkan Tufan)