ويرايش هدف دار ژنوم با ميانجي گري نوكلئازهاي مهندسي شده؛ رويكردي نو در ژن درماني

Targeted Genome Editing With Engineered Nucleases- a New Approach in Gene Therapy

زمينه و هدف: مهندسي هدف دار ژنوم (genome targeting engineering)، يكي از مهم ترين پيشرفت هاي مهندسي ژنتيك در هزاره سوم است. اساس اين فرايند در عملكرد اندونوكلئازهاي مهندسي شده نهفته است. اين ابزارها از طريق ايجاد برش هاي دو رشته اي در يك ناحيه شناخته شده از ژنوم و به دنبال آن ترميم اين برش ها توسط سازوكارهاي نوتركيبي هومولوگ (Homologous Recombination) يا اتصال انتهاهاي غيرهومولوگ (Non-Homologous End Joining)، مي توان تغييرات ژنتيكي مورد نظر را ايجاد كرد. اندونوكلئاز هاي ويرايش كننده ژنوم، از توانايي بالايي در راستاي فهم عملكرد ژن و كاربردهاي ژن درماني برخوردارند. مگانوكلئازها (Meganucleases)، اولين رده از اين ابزارهايند كه به طور طبيعي در همه قلمروهاي حيات يافته شده و نقش مهمي را در مهندسي هدف دار ژنوم ايفا كرده اند. دومين رده، نوكلئازهاي انگشت روي [Zinc Finger Nucleases (ZFNs)] هستند كه از يك سري قلمرو انگشت روي شناسايي كننده DNA ادغام شده با قلمرو كاتاليتيك آنزيم FokI ساخته شده اند. رده ديگر نوكلئازهاي افكتور شبه فعال كننده رونويسي [Transcription Activated-Like Effector Nucleases (TALENs)] مي باشند كه قلمرو هاي شناسايي كننده DNA از باكتري بيماري زاي گياهي از جنس گزانتوموناس (Xnathomonas) مشتق شده اند و مانند رده دوم با قلمرو كاتاليتيك FokI ادغام مي شوند. آخرين رده اندونوكلئازهاي مهندسي شده، برگرفته از سيستم ايمني اكتسابي باكتريايي است كه Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats/ CRISPR-associated (CRISPR/ Cas)] ناميده مي شوند. در اين سيستم اندونوكلئاز Cas9 توسط يك RNA راهنما كه با DNA هدف جفت مي شود به توالي موردنظر فراخوانده شده و سپس DNA توسط زيرواحدهاي آنزيم برش مي خورد. در اين مقاله، با استفاده از تجربيات شخصي و بهره گيري از ده ها منبع معتبر و روزآمد، ويژگي هاي چهار رده اندونوكلئاز مطرح شده در بالا، و پيشرفت هاي انجام گرفته براي افزايش كارايي و ويژگي آن ها در پژوهش هاي پايه اي و كاربردي مورد بررسي و بحث قرار گرفته است.

Nowadays, targeted genome engineering is one of the most important advances in genetic engineering. This process is based on the function of engineered endonucleases. These tools can make desirable genetic changes through creating double strand breaks followed by homologous recombination or nonhomologous end joining mechanisms in a specific site on genome. Genome editing endonucleases have strong ability in understanding the gene performance and gene therapy applications. Meganucleases are the first group of these tools which are naturally found in all creatures and play a crucial role in the targeted genome engineering. zinc finger endonucleases (ZFNs) are the second class made using fusion of a series of DNA recognition Zinc finger domains with catalytic domain of FokI enzyme. Another class of these nucleases includes Transcription activator like-effector nucleases (TALENs) in which, DNA recognition domains are derivatives of transcription activator like-effector proteins from Xanthomonas species, plant pathogen bacteria، fused with catalytic domain of FokI enzyme, like previous class. The last class of these engineered endonucleases, modeled on bacterial adaptive immune system which are called CRISPR/Cas. In this system, Cas9 endonuclease is recruited to the target sequence by a guide RNA that pairs with target DNA and then the enzyme cuts the DNA. In this review, characteristics of the four endonucleases mentioned above and some advances in this area for enhancing its efficiency and specificity in basic and practical researches will discuss through personal experiences and up to date references.