Nieuwe DNA-techniek plakt tot 12.500 letters precies in het genoom, zonder te knippen

Het aanpassen van DNA gaat vaak gepaard met een risico: om nieuw genetisch materiaal in te voegen, moeten de meeste technieken eerst de dubbele DNA-streng doorknippen. Zo'n breuk kan de cel in de war brengen en leiden tot ongewenste foutjes of grote stukken verloren DNA. Een team van wetenschappers, gepubliceerd in Nature Biotechnology, presenteert nu een methode die dit probleem omzeilt: donor-complementary prime editing, kortweg DoPE.

Prime editing is een vorm van genbewerking die DNA herschrijft met een soort moleculaire 'zoek-en-vervang'-functie, zonder dat er een dubbele-strengbreuk ontstaat. DoPE bouwt hierop voort door een los DNA-fragment toe te voegen dat aan de uiteinden een klein overhangend stukje enkele streng heeft. Twee speciale gids-moleculen, opegRNA's genoemd, herkennen precies die overhangende uiteinden en zorgen er samen met het prime-editing-eiwit PE2* voor dat het donor-DNA op de juiste plek in het genoom wordt ingebouwd. Omdat het hele proces in één stap verloopt en geen extra hulp-enzymen zoals recombinasen of transposasen nodig heeft, is de methode relatief eenvoudig toe te passen.

Duizenden varianten tegelijk testen

Een groot voordeel van DoPE is dat de techniek werkt met bibliotheken van donor-DNA: grote verzamelingen van kleine, van tevoren gesynthetiseerde DNA-snippers die elk een net iets andere variant bevatten. De onderzoekers gebruikten dit om in het gen voor het lichtgevende eiwit EGFP systematisch bijna elke mogelijke mutatie aan te brengen, zowel op het niveau van aminozuren als op het niveau van losse DNA-letters. Dat soort grootschalige, gecontroleerde mutatietesten helpt wetenschappers te begrijpen welke DNA-veranderingen wel of geen effect hebben op de werking van een gen, iets dat normaal veel tijd en aparte experimenten kost.

Mutaties herstellen in een ziekteveroorzakend gen

Om te laten zien dat de methode ook medisch relevant is, verving het team hele exonen (delen van een gen die coderen voor eiwit) van het PRKCSH-gen, zowel los als in combinatie. Fouten in dit gen kunnen leiden tot polycysteuze leverziekte. Doordat DoPE hele stukken DNA vervangt in plaats van één specifieke letter te repareren, kan de methode in principe uiteenlopende mutaties in hetzelfde gen op dezelfde manier corrigeren. Dat maakt de aanpak 'mutatie-onafhankelijk': één ontwerp van donor-DNA en gidsmoleculen volstaat voor patiënten met verschillende foutjes in hetzelfde gen, in plaats van dat voor elke individuele mutatie een aparte oplossing nodig is.

De onderzoekers benadrukken dat DoPE nog een labtechniek is en getest is in gekweekte cellen, niet in mensen. Toch is de combinatie van precisie, schaalbaarheid en het ontbreken van DNA-breuken veelbelovend voor toekomstige gentherapie en voor fundamenteel onderzoek naar hoe genen precies werken.