.: DERLEME
Bağışıklık Yanıtından Genom Tasarımına; CRISPR-Cas9 Sistemi
From the Immune Response to the Genome Design; CRISPR-Cas9 System: Review
Turkiye Klinikleri J Med Sci. 2017;37(1):27-42
doi: 10.5336/medsci.2016-54153
Makale Dili: TR
Tam Metin
ÖZET
CRISPR (düzenli aralıklarla bölünmüş kısa palindromik tekrar kümeleri)/Cas9 (CRISPR- ilişkili nükleaz-9), kılavuz bir RNA (gRNA) eşliğinde özgül bir genomik bölgeye hedeflenen Cas9 nükleaz enziminin kullanıldığı bir genom düzenleme sistemidir. Son yıllarda bu RNA aracılı genom düzenleme teknolojisi ''moleküler cerrahi'' yöntemi olarak tanımlanmış, farklı alanlardaki birçok yenilikçi uygulamada kullanılmış ve elde edilen sonuçlar moleküler biyoloji için devrim yaratıcı nitelikte olmuştur. CRISPR/Cas sistemi ökaryot genomlarında bulunmamakta, fakat prokaryot organizmaların genomlarında viral istilacılara karşı güçlü bir savunma stratejisi olarak kullanılmaktadır. Doğal CRISPR/Cas sistemleri, yabancı bir DNA'nın parçalanmasından sorumlu olan çeşitli enzimlere ve endonükleaz işlevi için gerekli RNA kılavuzlarına sahiptir, ancak ökaryotlarda genom düzenleme çalışmaları için kullanıldığında, gereken tek CRISPR proteini Cas9 endonükleaz enzimi ya da bunun bir varyantıdır. Genom düzenleme yöntemi olarak CRISPR sisteminin kullanımı aslında Cas9 proteinin kısa bir rehber RNA molekülü ile birlikte DNA'ya bağlanarak çift zincir kırıkları oluşturabilme yeteneğine dayanmaktadır. CRISPR teknolojisi, kanser araştırması da dâhil olmak üzere yaşam bilimleri araştırmalarında karşılaşılan karmaşık moleküler biyoloji problemlerini çözmeye aday gözükmektedir. Bu derlemede, öncelikle bağışıklık sistemi olarak CRISPR/Cas sistemleri ele alınacak ve prokaryot organizmalarda bağışıklık yanıtının oluşum aşamaları tanımlanacaktır. CRISPR/Cas9 sistemi kullanılarak genom düzenlenmesinde DNA zincir kırıklarının tamir mekanizmaları ile kılavuz RNA'lar tanımlanarak, etkin ve hedef dışı etkilerin en aza indirgendiği transfeksiyon yöntemleri tartışılacaktır. Son olarak kanserde CRISPR uygulamaları ile genom düzenleme teknolojisinin terapötik etkinliği değerlendirilecektir.
Anahtar Kelimeler: Kazanılmış bağışıklık; genom
CRISPR (düzenli aralıklarla bölünmüş kısa palindromik tekrar kümeleri)/Cas9 (CRISPR- ilişkili nükleaz-9), kılavuz bir RNA (gRNA) eşliğinde özgül bir genomik bölgeye hedeflenen Cas9 nükleaz enziminin kullanıldığı bir genom düzenleme sistemidir. Son yıllarda bu RNA aracılı genom düzenleme teknolojisi ''moleküler cerrahi'' yöntemi olarak tanımlanmış, farklı alanlardaki birçok yenilikçi uygulamada kullanılmış ve elde edilen sonuçlar moleküler biyoloji için devrim yaratıcı nitelikte olmuştur. CRISPR/Cas sistemi ökaryot genomlarında bulunmamakta, fakat prokaryot organizmaların genomlarında viral istilacılara karşı güçlü bir savunma stratejisi olarak kullanılmaktadır. Doğal CRISPR/Cas sistemleri, yabancı bir DNA'nın parçalanmasından sorumlu olan çeşitli enzimlere ve endonükleaz işlevi için gerekli RNA kılavuzlarına sahiptir, ancak ökaryotlarda genom düzenleme çalışmaları için kullanıldığında, gereken tek CRISPR proteini Cas9 endonükleaz enzimi ya da bunun bir varyantıdır. Genom düzenleme yöntemi olarak CRISPR sisteminin kullanımı aslında Cas9 proteinin kısa bir rehber RNA molekülü ile birlikte DNA'ya bağlanarak çift zincir kırıkları oluşturabilme yeteneğine dayanmaktadır. CRISPR teknolojisi, kanser araştırması da dâhil olmak üzere yaşam bilimleri araştırmalarında karşılaşılan karmaşık moleküler biyoloji problemlerini çözmeye aday gözükmektedir. Bu derlemede, öncelikle bağışıklık sistemi olarak CRISPR/Cas sistemleri ele alınacak ve prokaryot organizmalarda bağışıklık yanıtının oluşum aşamaları tanımlanacaktır. CRISPR/Cas9 sistemi kullanılarak genom düzenlenmesinde DNA zincir kırıklarının tamir mekanizmaları ile kılavuz RNA'lar tanımlanarak, etkin ve hedef dışı etkilerin en aza indirgendiği transfeksiyon yöntemleri tartışılacaktır. Son olarak kanserde CRISPR uygulamaları ile genom düzenleme teknolojisinin terapötik etkinliği değerlendirilecektir.
Anahtar Kelimeler: Kazanılmış bağışıklık; genom
ABSTRACT
The CRISPR (clustered regularly interspaced short palindromic repeat) /Cas9 (CRISPR -associated nuclease-9) system is a versatile tool for genome engineering that uses a guide RNA (gRNA) to target Cas9 to a specific genomic region. In recent years, this RNA-guided genome-editing technology has become a revolutionary tool in molecular biology and has many innovative applications in different fields. CRISPR /Cas system is not found in eukaryotic genomes, whereas a powerful defence strategy against viral invaders in the genomes of prokaryotic organisms. Native CRISPR/Cas systems have a variety of enzymes responsible for degradation of foreign DNA as well as the RNA guides required for endonuclease function, however when used for genome editing in eukaryotes, the only CRISPR protein required is the Cas9 endonuclease or a variant thereof. Using CRISPR system as a tool for altering genomes is due to the ability of Cas9 protein to cause doublestranded breaks in DNA after binding with short guide RNA molecules. CRISPR technology is candidate to solve several complex molecular biology problems faced in life science research including cancer research. In this review, CRISPR-Cas will be handled as an immune system regulator and immune system response steps will be defined in prokaryotic organisms. Repair mechanisms of DNA strand breaks and guide RNAs will be defined in means of using CRISPR-Cas9 system in genome editing and efficient transfection methods minimalized for off target effects will be discussed. Finally, CRISPR applications in cancer and therapeutic efficiency of genome editing technology will be evaluated.
Keywords: Adaptive immunity; genome
The CRISPR (clustered regularly interspaced short palindromic repeat) /Cas9 (CRISPR -associated nuclease-9) system is a versatile tool for genome engineering that uses a guide RNA (gRNA) to target Cas9 to a specific genomic region. In recent years, this RNA-guided genome-editing technology has become a revolutionary tool in molecular biology and has many innovative applications in different fields. CRISPR /Cas system is not found in eukaryotic genomes, whereas a powerful defence strategy against viral invaders in the genomes of prokaryotic organisms. Native CRISPR/Cas systems have a variety of enzymes responsible for degradation of foreign DNA as well as the RNA guides required for endonuclease function, however when used for genome editing in eukaryotes, the only CRISPR protein required is the Cas9 endonuclease or a variant thereof. Using CRISPR system as a tool for altering genomes is due to the ability of Cas9 protein to cause doublestranded breaks in DNA after binding with short guide RNA molecules. CRISPR technology is candidate to solve several complex molecular biology problems faced in life science research including cancer research. In this review, CRISPR-Cas will be handled as an immune system regulator and immune system response steps will be defined in prokaryotic organisms. Repair mechanisms of DNA strand breaks and guide RNAs will be defined in means of using CRISPR-Cas9 system in genome editing and efficient transfection methods minimalized for off target effects will be discussed. Finally, CRISPR applications in cancer and therapeutic efficiency of genome editing technology will be evaluated.
Keywords: Adaptive immunity; genome
.: İşlem Listesi