CRISPR-Cas9’da Hedef İsabeti: Rehber RNA ve Cas9 ile DNA Kesiminin Moleküler Mekanizması

CRISPR’nin Doğası ve İşlevi

CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats), DNA dizilimleri kümesidir. Düzenli aralıklarla bölünmüş palindromik tekrar kümeleri, kısa tekrarı baz dizileri içeren prokaryot DNA segmentleridir. Her tekrar, daha önce maruz kalınan bakteriyofaj veya plazmid kaynaklı kısa “aralayıcı DNA” segmentleri tarafından takip edilmektedir. CRISPR, bakterilerin kendilerini virüslerden kaynaklanan saldırılara karşı korumak için kullandıkları bir savunma sistemi olarak işlev görmektedir.

CRISPR kümeleri 1980’den beri bilinmektedir. Ancak 2005 yılında CRISPR genleri ile çalışan 3 farklı grubun keşifleriyle sistemin canlının savunma mekanizmasındaki rolü kanıtlanmıştır. Araştırmaların sonucu, CRISPR kümelerinde bulunan aralık genlerin canlıyı enfekte eden bazı virüsler ile aynı dizilime sahip olduğunu göstermektedir. Bir virüs DNA’sı ile aynı dizilimde olan aralık genine sahip olmak, o virüse karşı direnç oluşumunun göstergesidir. Yıllarca süren araştırmalar sonucunda CRISPR sisteminin bir bağışıklık mekanizması olabileceği hipotezi oluşturulmuş ve bu hipotez büyük ölçüde doğrulandıktır.

Moleküler Mekanizma: Cas9 ve Rehber RNA

DNA’da değişiklik yaratan iki important molekül mevcuttur: Cas9 enzimi ve rehber RNA. CRISPR-Cas9 teknolojisi bu iki moleküle dayanmaktadır. DNA dizisini yüksek hassaslıkta kesebilecek bir makasa ihtiyaç duylan araştırmacılar, DNA dizisine denk gelen bir RNA molekülü oluşturmuş ve bu molekülü Cas9 proteini ile birleştirmiştir. Böylece 2012 yılında Jennifer Doudna ve ekibi ortaya çıkardığı CRISPR-Cas9 teknolojisi, istenilen DNA dizisi bölgesinden kesim yapabilmektedir.

Cas9, moleküler bir makas görevini gerçekleştiren enzim olup genomun belirli yerlerinden iki DNA iplikçiğini kesmektedir. Böylece DNA parçaları eklenmekte ve çıkarılabilmektedir. Rehber RNA ise uzun bir RNA iskeleti içindeki yaklaşık 20 bazlık bir RNA dizilimidir. Uzun RNA iskeleti DNA’ya bağlanarak Cas9’un genomun doğru noktasına gitmesine rehberlik etmektedir. Bu sayede Cas9 enzimi genomdaki doğru noktaları kesmektedir.

Genomdaki hedef DNA dizilimin bütünleyici RNA bazlarına sahip olan rehber RNA, DNA’daki belirli bir dizilimi bulup bağlanmak için tasarlanmaktadır. Cas9 enzimi rehber RNA’yı izlemektedir. Kısaca rehber RNA Cas9’a rehberlik ederek DNA’daki ilgili yere gitmesini ve DNA’nın iki iplikçiğinde kesik oluşturmasını sağlamaktadır. Kesik oluştuu sırada hücre DNA’nın hasar aldığını fark ederek onu onarmaya çalışmaktadır. Bilim insanları DNA onarım mekanizmasını kullanarak, ilgilendikleri hücrenin genleriyle ilgili değişiklik çalışmaları yapmaktadır.

Tıbbi Uygulamalar ve Sınırlar

CRISPR-Cas9 teknolojisi ile insan genomu düzenlenebilir ve istenmeyen genetik hastalıklar ortadan kalkabilmektedir. Yapılan çalışmalar, CRISPR-Cas9 teknolojisinin birçok tıbbi hastalığın (kanser, hepatit B, talesemi, lösemi, orak hücreli anemi vb.) tedavisinde umut vadettiğini göstermektedir. Bu çalışmalar genellikle somatik hücrelerin genomlarının düzenlenmesi üzerine yapılmaktadır. Ancak son yıllarda üreme hücrelerinin genomları üzerinde çalışmalar yapılması da tartışılmaktadır.

Genetik hastalıkların tedavisinde CRISPR, altında yatan mutasyonları düzeltmek için kullanılmaktadır. Örneğin, orak hücre anemisi ve Duchenne kas distrofisi gibi tek gen hastalıklarında umut verici sonuçlar elde edilmiştir. Kanser araştırmaları ve tedavisinde ise CRISPR, kanser genetiğini anlamak, onkogenlerin işlevini incelemek ve immünoterapiler geliştirmek için kullanılmaktadır. CAR-T hücre tedavilerinin CRISPR ile daha etkili hale getirilmesi bu alandaki önemli uygulamalardan biridir.

Bu açıklama Vikipedi kaynaklarından uyarlanmıştır ve şu lisans altında sunulur: CC BY-SA 4.0.