CRISPR עריכה ותיקון של פגיעות גנטיות

העתיד כבר כאן, בדמות שיטת קריספר CRISPR המאפשרת תיקון פגיעות גנטיות, ובין השאר גם פגיעות גנטיות נקודתיות שגורמות לאוטיזם.

CRISPR זה ראשי תיבות של "Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats". במילים פשוטות, מדובר במערכת "מספריים מולקולריות".

מערכת CRISPR מורכבת משני חלקים עיקריים:

• Cas9: אנזים שפועל כמו מספריים שחותכות את ה-DNA.
• RNA מנחה (gRNA): מולקולה שמכוונת את ה-Cas9 למקום ספציפי ב-DNA שאותו רוצים לחתוך.

המערכת הזו התגלתה במקור במערכת החיסונית של חיידקים, שמשתמשים בה כדי להגן על עצמם מפני וירוסים.

החיידקים שומרים לעצמם קטעי DNA מהווירוסים שתקפו אותם בעבר, וכאשר וירוס דומה תוקף שוב, מערכת ה-CRISPR מזהה את ה-DNA של הווירוס ותוקפת אותו.

ההתפתחות של שיטת הטיפול

בשנת 1993, ד"ר פרנסיסקו מוחיקה זיהה רצפים חוזרים ונשנים ב-DNA של חיידקים. הוא קרא לרצפים האלה CRISPR והציע שהם חלק ממערכת החיסון של החיידקים.

בשנת 2007, צוות מדענים בראשות ד"ר פיליפ הורוואת' הדגים בניסוי את התאוריה של ד"ר מוחיקה.

בשנת 2012, ג'ניפר דודנה ועמנואל שרפנטייה הצליחו להשתמש במערכת CRISPR-Cas9 לעריכת גנים.

הן הראו שאפשר לתכנת את המערכת לחתוך DNA בכל מקום רצוי בגנום, ובכך פתחו פתח לשימוש ב-CRISPR ככלי לעריכת גנים.

כיצד טיפול CRISPR מתבצע בפועל?

במסגרת טיפול קריספר בוחרים רצף gRNA שמתאים לרצף ה-DNA שאותו רוצים לערוך.

מחדירים את מערכת ה-CRISPR (הכוללת את Cas9 ואת ה-gRNA) לתאים שאותם רוצים לתקן ולערוך.

ה-gRNA מוביל את ה-Cas9 לאזור המטרה ב-DNA, שם ה-Cas9 מבצע חיתוך בשני הגדילים.

לאחר החיתוך, התא מנסה לתקן את ה-DNA.

ישנן שתי אפשרויות עיקריות:

• השבתת הגן: מנגנוני התיקון הטבעיים של התא עלולים לגרום למוטציות קטנות שמנטרלות את פעילות הגן.
• תיקון הגן: אם מספקים לתא תבנית DNA מתוקנת, התא יכול להשתמש בתבנית הזו כדי לתקן את ה-DNA הפגום.

שיטות קריספר שונות

CRISPRa ו-CRISPRi: שיטות אלו לא חותכות את ה-DNA, אלא משפיעות על רמת הביטוי של גנים.

CRISPRa (אקטיבציה): מגבירה את הביטוי של גן מסוים.

CRISPRi (עיכוב): מפחיתה את הביטוי של גן מסוים.

בשתי השיטות משתמשים בגרסה לא פעילה של Cas9 ‏(dCas9) שמחוברת לחלבון אחר שמשפיע על שעתוק ה-DNA.

ה-dCas9 מנווט לאזור המטרה בגנום, והחלבון שאליו הוא מחובר משנה את רמת הביטוי של הגן הסמוך.

עריכת בסיסים (Base editing): שיטה שמאפשרת לבצע שינויים קטנים ומדויקים ברצף ה-DNA, ברמת הבסיס הבודד.

בשיטה זו משתמשים ב-Cas9 לא פעיל או "חורץ" (nickase Cas9) שמחובר לאנזים שמשנה בסיסים ספציפיים ב-DNA.

עריכה ראשונית (Prime editing): שיטה מתקדמת יותר שמאפשרת לבצע מגוון רחב של שינויים מדויקים ב-DNA, כולל החלפת בסיסים, הוספות ומחיקות.

בשיטה זו משתמשים ב-Cas9 "חורץ" שמחובר לאנזים שנקרא רוורס טרנסקריפטאז, אשר יוצר DNA חדש על פי תבנית RNA.

תיקון פגיעות גנטיות באמצעות CRISPR

היכולת של קריספר לערוך גנים פותחת אפשרויות חדשות לטיפול במחלות גנטיות:

• תיקון מוטציות: ניתן להשתמש ב-CRISPR כדי לתקן מוטציות בגנים שגורמות למחלות.
• השבתת גנים פגומים: ניתן להשתמש בטיפול כדי להשבית גנים שגורמים למחלות.
• הגברת ביטוי גנים מועילים: ניתן להשתמש ב-CRISPRa כדי להגביר את הביטוי של גנים שיכולים לעזור לגוף להילחם במחלות.

השימוש ב-CRISPR לתיקון פגיעות גנטיות נמצא עדיין בשלבים מוקדמים, אך כבר הושגו תוצאות מבטיחות בניסויים קליניים.

טכנולוגיית CRISPR מציעה פוטנציאל לתיקון מגוון רחב של פגיעות גנטיות.

להלן מספר דוגמאות:

אנמיה חרמשית (Sickle cell disease): ניתן להשתמש בעריכת בסיסים (Base editors) כדי לגרום למוטציות A ל-G בפרומוטורים של הגנים HBG1 ו-HBG2, אשר מגבירים את ייצור ההמוגלובין העוברי ומפצים על ייצור לקוי של המוגלובין הבוגר הנגרם על ידי אנמיה חרמשית. בנוסף, קיימת אסטרטגיה "להחליף" את המוטציה הפתוגנית A ל-T בגן ה-ß-גלובין (HBB) במוטציה טבעית ולא מזיקה.

היפרכולסטרולמיה משפחתית הטרוזיגוטית (Heterozygous familial hypercholesterolemia): ניתן להשתמש בעורכי בסיס אדנין (Adenine base editors) כדי לכבות את הגן PCSK9 בכבד על ידי ביצוע החלפה בודדת של A ל-G. פעולה זו מפחיתה לצמיתות את רמות הכולסטרול הליפופרוטאין בצפיפות נמוכה (LDL) הגורם למחלה בחולים עם מחלה קרדיווסקולרית טרשתית שעלולה להיות קטלנית.

מחלת טאי-זקס (Tay-Sachs): ניתן להשתמש בעריכה ראשונית (Prime editing) לתיקון הכנסה של 4 בסיסים הגורמת למחלה זו.

מחלות הנגרמות על ידי פולימורפיזם של נוקליאוטיד בודד (Single nucleotide polymorphisms): מכיוון שרוב המחלות הגנטיות האנושיות נגרמות על ידי פולימורפיזם של נוקליאוטיד בודד, עורכי בסיסים הם אופציה טיפולית אידיאלית.

סיסטיק פיברוזיס (Cystic Fibrosis): מחלה תורשתית הפוגעת בעיקר בריאות ובמערכת העיכול. ניתן להשתמש ב-CRISPR כדי לתקן את המוטציה בגן CFTR.

מחלת ניוון שרירים דושן (Duchenne Muscular Dystrophy): מחלה גנטית הפוגעת בשרירים וגורמת לחולשה. CRISPR יכול לשמש כדי לדלג על אקסונים פגומים בגן דיסטרופין, ובכך לשפר את תפקוד השרירים.

מחלת הנטינגטון (Huntington's Disease): הפרעה תורשתית הגורמת לניוון של תאי עצב במוח. ניתן להשתמש ב-CRISPR כדי להשתיק את הגן הפגום HTT.

סרטן: CRISPR משמש ליצירת תאי CAR T לטיפול בסרטן. בנוסף, ניתן להשתמש ב-CRISPR כדי להשבית גנים המעודדים צמיחת גידול או לתקן גנים המדכאים גידולים.

איידס: CRISPR יכול לשמש לחיתוך ה-DNA של וירוס ה-HIV בתאים נגועים, ובכך להשבית את הנגיף.

מחלות תורשתיות של העין (Inherited Eye Diseases): ישנן מספר מחלות עיניים תורשתיות שבהן ניתן לטפל באמצעות CRISPR, כגון ניוון רשתית תורשתי.

חירשות תורשתית: CRISPR מראה הבטחה בטיפול בסוגים מסוימים של חירשות תורשתית הנגרמת על ידי מוטציות בגנים ספציפיים.

מלריה (Malaria): CRISPR-RGR (Ribozyme–Guide–Ribozyme) יכול לשמש ליצירת שינויים גנטיים בטפיל הפלסמודיום, הגורם למלריה, במטרה להבין טוב יותר את תפקוד הגנים שלו ולפתח אסטרטגיות טיפול חדשות.

פגיעות גנטיות נוירולוגיות (Neurological genetic defects): מחקר השתמש ב-CRISPRi (CRISPR interference) כדי לחקור פגיעות גנטיות בתאי עצב שמקורם בתאי גזע פלוריפוטנטיים מושרים (iPSC).

מחלות נוספות אשר עריכה ראשונית (Prime editing) עשויה לסייע בטיפול בהן: מחלות לב, מחלת הפריון, סוכרת מסוג II ואלצהיימר.

חשוב לזכור כי השימוש ב-CRISPR לטיפול בפגיעות גנטיות עדיין נמצא בשלבים מוקדמים, ונדרש מחקר נוסף כדי להבטיח את בטיחותו ויעילותו.

עם זאת, הפוטנציאל של טכנולוגיה זו הוא עצום, והיא עשויה להוביל לפריצות דרך משמעותיות בטיפול במחלות רבות.

טיפול לתיקון פגיעות גנטיות שגורמות לאוטיזם

הטכנולוגייה מציעה מספר דרכים פוטנציאליות לטיפול באוטיזם, הנמצאות כעת בשלבי מחקר שונים.

איך משתמשים בקריספר לטיפול באוטיזם?

יצירת מודלים של אוטיזם חוקרים יכולים להשתמש ב-CRISPR כדי ליצור מודלים של בעלי חיים הנושאים וריאציות גנטיות ספציפיות הקשורות לאוטיזם. מודלים אלו מאפשרים לחוקרים לבחון את ההשפעות של וריאציות אלו על התפתחות המוח ועל התנהגות, ובכך מספקים תובנות חשובות לגבי המנגנונים הבסיסיים של אוטיזם.

עריכת גנים בתאים שמקורם באנשים עם אוטיזם חוקרים בוחנים את האפשרות להשתמש ב-CRISPR כדי לערוך את הגנום של תאים שמקורם באנשים עם אוטיזם. על ידי מיקוד ותיקון של מוטציות גנטיות ספציפיות, ייתכן שניתן יהיה לשחזר תפקוד תקין ולהקל על חלק מהתסמינים ההתנהגותיים והקוגניטיביים הקשורים לאוטיזם.

תיקון מוטציות ספציפיות הקשורות לאוטיזם ניתן להשתמש ב-CRISPR לתיקון מוטציות בגנים כמו MECP2 ו-SHANK3, אשר קשורות לתסמונות כמו רט ואוטיזם מונוגני. מחקרים הראו תוצאות חיוביות בשיפור תפקוד תאי עצב באמצעות תיקון מוטציות אלו בתאי iPSC.

השתקת גנים ניתן להשתמש ב-CRISPRi (CRISPR interference) כדי לחקור פגיעות גנטיות בתאי עצב שמקורם בתאי גזע פלוריפוטנטיים מושרים (iPSC). טכניקה זו מאפשרת לחקור את ההשפעות של פגיעות גנטיות שונות על תאי עצב, דבר שעשוי לסייע בהבנת הבסיס הגנטי של אוטיזם.

שימוש בבסיס עריכה לשינוי גנים מערכת עריכת בסיסים CRISPR יכולה לשמש לשינוי סלקטיבי של גנים המעורבים באוטיזם. לדוגמה, מחקר השתמש בכלי זה כדי לשחזר את האינטראקציות החברתיות וההתנהגויות החזרתיות בעכברים עם מוטציה בגן MEF2C.

שיפור מודלים של מחלות ניתן להשתמש בשיטה לעריכת גנים בתאי גזע פלוריפוטנטיים מושרים (iPSCs), אשר יכולים לשמש לאחר מכן ליצירת מודלים של מחלות, כולל מודלים של אוטיזם.

פיתוח טיפולים מותאמים אישית על ידי הבנת הגורמים הגנטיים התורמים לאוטיזם, ניתן להשתמש בגישות מבוססות קריספר כדי לפתח התערבויות ממוקדות יותר עבור ילדים ובגירים שעל הספקטרום האוטיסטי.

אתגרים וסיכונים של CRISPR

למרות הפוטנציאל הרב, ישנם עדיין אתגרים וסיכונים בשימוש ב-CRISPR, ובין השאר:

• פגיעות "מחוץ למטרה" (Off-target effects): ה-CRISPR עלול לחתוך DNA במקומות לא רצויים בגנום, מה שעלול לגרום לבעיות.
• יעילות התיקון: לא תמיד התיקון הגנטי מצליח בכל התאים, ולעיתים יש צורך בשיפור היעילות.
• תגובת מערכת החיסון: מערכת החיסון עלולה לתקוף את התאים שעברו עריכה גנטית.
• שיקולים אתיים: ישנם דיונים רבים סביב השימוש בשיטה, במיוחד בכל הנוגע לעריכת גנים בתאי רבייה (germline cells), מה שעלול להשפיע על הדורות הבאים.

יש לקחת בחשבון את האתגרים והשיקולים האתיים הכרוכים בשימוש ב-CRISPR, כולל תופעות לוואי לא מכוונות, חששות בטיחותיים ומסגרות רגולטוריות. נדרשים דיונים שוטפים ושיתופי פעולה בין מדענים, מומחי אתיקה, קלינאים ואנשים עם אוטיזם ומשפחותיהם כדי להבטיח שהטכנולוגיה תנוצל בצורה אחראית ומכילה.

קריספר היא טכנולוגיה עוצמתית עם פוטנציאל עצום לשינוי עולם הרפואה. היא מאפשרת לנו לערוך את הקוד הגנטי בצורה מדויקת ויעילה, ולטפל במחלות גנטיות רבות ובין השאר גם באוטיזם.

עם זאת, חשוב לזכור שישנם עדיין אתגרים וסיכונים בשימוש בטכנולוגיה זו, ויש צורך במחקר נוסף כדי לממש את מלוא הפוטנציאל שלה בצורה בטוחה ואחראית.

קריאה נוספת: חשוב לעשות בדיקת גנטית לאחר אבחון אוטיזם