Faglig påfyll
CRISPR – Hva er det? Du har helt sikkert hørt om det. Metoden ble kåret til årets gjennombrudd i 2015 av Science. Men hva er det? Og hvordan kan det anvendes innen onkologi?
Cecilie Fredvik Torkildsen PhD-stipendiat ved UiB Overlege ved SUS
CRISPR er en forkortelse for «Clustered Regularly Interspaced Short Palendromic Repeats». Metoden er en form for genmodifisering. Den ble oppdaget i 2012, og man fant da ut at systemet kan brukes til å endre DNA i alle typer organismer. Det som gjør metoden så spesiell er at den er enklere, billigere og raskere enn andre metoder. Den kan også brukes til å endre flere gener sam tidig. Metoden er spesielt egnet til å inaktivere gener. Prosedyren er imidlertid i stadig forbedring, og håpet er at den etter hvert skal bli veldig presis også på innsetting og aktivering av gener. For å forstå CRISPR er, kan det være greit å repetere cellebiologien: Alle cellene våre har en cellekjerne. Inne i cellekjernen lagres arvestoffet vårt, DNA-molekylet. DNA-molekylet har en karakteristisk form og består av to tråder satt sammen som en spiralformet stige (dobbelt-helix struktur). Trådene er bygget opp av små byggesteiner som kalles nukleotider. Et nukleotid består av tre deler: en nitrogenbase (Adenin, Cytosin, Thymin og Guanin), et sukkermolekyl og en fosfatgruppe. Nitrogenbasen (eller baseparet – en fra hver tråd) er trinnene i stigen. Hver celle i kroppen inneholder ca. 2 meter DNA! Det betyr at molekylet må være tett sammenpakket for å få plass. Det er spesielle proteiner (histoner) som har ansvar for å folde DNA-trådene. Når DNA-trådene er pakket sammen og surret rundt disse proteinene, kalles de kromosomer. Vår genetiske kode bestemmes av rekkefølgen av nukleotidene i DNA-molekylene. Budskapet og funksjonene som ligger lagret i arvematerialet vårt må oversettes til et språk cellene kan arbeide med. Dette gjøres ved at informasjonen i DNA brukes som oppskrift på proteiner. Proteinene er satt sammen av mindre molekyler som kalles aminosyrer, og rekkefølgen av aminosyrene bestemmer hvilken form og funksjon proteinet får. Tre nukleotider koder for en aminosyre, og utvalget og rekkefølgen på disse tre nukleotidene avgjør hvilken aminosyre som dannes. Når cellen skal lage et protein, lages det først en arbeidskopi av området på DNA-tråden som skal kopieres. Arbeidskopien er et nytt molekyl som kalles RNA. Det består kun av én enkelt tråd. RNA-kopien fraktes ut av cellekjernen til ribosomene,
14
Medlemsblad for Norsk Gynekologisk Forening
som produserer proteiner. Proteinene formes dermed etter rekkefølgen på nitrogenbasene i den aktuelle sekvensen av DNA- molekylet som skal uttrykkes, selv om det er RNA-molekylet som utfører selve arbeidet. Prinsippet ved kopieringen er at et enzym åpner opp DNA- molekylet og bryter ned «trinnene» på stigen. Et annet enzym (DNA-polymerase) kopierer DNA-tråden ved å legge til ett og ett nukleotid. Hva som skal kopieres styres av spesielle «start»og «stopp»-sekvenser i DNA-tråden. Oppsummert utøver DNA-molekylet sin funksjon ved at de ulike nitrogenbasene oversettes til aminosyresekvenser, som igjen kodes om til proteiner. Rekkefølgen på nitrogenbasene bestemmer hvilke proteiner det kodes for og formen på disse. Så hva gjør CRISPR? CRISPR-teknologien utnytter egentlig et forsvarssystem som bakterier har mot virus, og metoden er en klipp-og-lim-funksjon. For å lage genetiske endringer, må CRISPR-molekylene først komme seg inn i cellene. Dette gjøres via plasmid-DNA eller et protein. En trenger i praksis to komponenter: en kort RNA-tråd og et enzym som kan kutte DNA (gensaksen). Et enzym kalt Cas9 (RNA-molekyl) styres til et bestemt sted på DNA-tråden (ved hjelp av en «start»-sekvens) og kutter DNA-tråden. Dette vil gi en endring i funksjon, altså proteinuttrykk. Når DNA-tråden er kuttet, vil cellens egne reparasjonssystemer komme til for å reparere skaden. Dette er ganske upresist og fører ofte til at små deler av DNA-et fjernes eller legges til på tilfeldig vis (mutasjon). Dette utnyttes med den korte RNA-tråden, som da kan bytte ut eller legge til en sekvens i DNAet. Dette kan føre til endringer i genuttrykket, slik at gener kan slås av eller på, eller får en endret funksjon. Teknologien kan kun brukes på celler som deler seg, og genvarianten vil arves videre til denne cellen sine datterceller. Metoden benyttes i hovedsak i laboratorier, hos dyr og i matindustrien. Høsten 2016 ble de første utprøvende behandlingene på mennesker igangsatt. I Europa skal CRISPR prøves ut på pasienter med beta-talassemi. Felles for sykdommene metoden utprøves på er at cellene som er årsak til sykdommen er enkle å komme til eller kan hentes ut av kroppen (blod- eller øyesykdommer). Genredigering av celler inne i kroppen er mer teknisk utfordrende. Samtidig er det tydelig at medfødte genetiske sykdommer potensielt kan
