Geenisakset (CRISPR)- Geeniterapian vallankumousko? BMOL Juha Partanen

Transkriptio

1 Geenisakset (CRISPR)- Geeniterapian vallankumousko? BMOL Juha Partanen

2 Geenisakset

3 2 2 N A T U R E V O L J U N E

4 Sisältö Geenimuokkaus: historiallinen perspektiivi Geenisakset Mitä ovat ja miten toimivat? Mihin niitä voi käyttää?

5 Perinnöllisyystieteen kysymyksiä Mitä ovat perimämme geenisekvenssit ja niiden geenituotteet? Miten geenien ilmenemistä säädellään? Millaisin mekanismein? Miten eri soluissa? Mitä geenituotteet tekevät? Miten geenit ohjaavat biologiaamme? Miten geenien vauriot johtavat sairauksiin ja voidaanko niitä korjata?

6 Geenimuokkaus - Historiallinen perspektiivi

7 Restriktioentsyymit Bakteerien luontaisen immuniteetin mekanismi Werner Arber, Daniel Nathans, Hamilton O. Smith (Nobel 1978)

8 Paul Berg (Nobel 1980) Rekombinantti-DNA

9 Geenimuokkaus Restriktioentsyymit Bakteerien luontaisen immuniteetin mekanismi Työkalut DNA muokkaukseen koeputkessa Geeniteknologian vallankumous!

10 Muuntogeeniset hiiret ( knock-out ) Martin Evans Matthew Kaufman Gail Martin Oliver Smithies Mario Capecchi Alkion kantasolut Homologinen rekombinaatio Frohman and Martin, Cell 56, , 1989 Martin Evans, Oliver Smithies, Mario Capecchi, Nobel 2007

11

12 Geenimuokkaus Restriktioentsyymit Bakteerien luontaisen immuniteetin mekanismi Työkalut DNA muokkaukseen koeputkessa Geeniteknologian vallankumous! Alkion kantasolut ja homologinen rekombinaatio Työkalut genomin DNA:n muokkaukseen Geenien biologisten tehtävien ymmärryksen vallankumous!

13 Geenimuokkaus - ongelmat Teho Alhainen geenimuokkausfrekvenssi edellyttää miljoonien solujen seulontaa mutaation löytämiseksi Muokkaus edellyttää alkion kantasoluviljelmiä Somaattisten solukoiden muokkaus vaikeaa Laji Mahdollista vain lajeissa joista viljeltävissä muokkauskykyisä kantasoluja (= hiiri)

14 DNA katkos lisää muokkaustehoa Räätälöidyt sinkkisorminukleaasi ja TALEN proteiinit Nat Rev Neurosci Jan;17(1): doi: /nrn

15 Geenisakset - toiminta ja sovellukset

16 The Heroes of CRISPR Cell 164, Issues 1 2, 14 January 2016, Pages Jennifer Doudna UC Berkeley Emmanuelle Charpentier Max Planck, Berlin Feng Zhang, MIT Virginijys Siksnys, Vilnus Univ.

17 CRISPR naturell CRISPR - Clustered regularly interspaced short palindromic repeats Cas9 - CRISPR associated protein 9 (DNA endonukleaasi) Bakteerien hankitun immuniteetin mekanismi

18 CRISPR näppärämpi geenisaksi Nat Rev Neurosci Jan;17(1): doi: /nrn

19 CRISPR mahdollisuuksia Nat Rev Neurosci Jan;17(1): doi: /nrn

20 CRISPR mahdollisuuksia Nat Rev Neurosci Jan;17(1): doi: /nrn

21 CRISPR geenisakset Leikkaavat tehokkaasti DNA:ta Myös eukaryoottien kromatiinirihmaa Ohjataan RNA-opas -molekyylillä Helppoa, halpaa, monta kohdetta kerralla Aktivoivat solun korjausmekanismit Halutun mutaation siirto genomiin Sovellettavissa eri lajien genomien muokkaukseen Mikrobit, kasvit, eläimet

22 4 J U N E V O L N A T U R E 2 1

23 4 J U N E V O L N A T U R E 2 1

24 4 J U N E V O L N A T U R E 2 1

25 Geenisaksien sovellukset Biologia Geenivariantit Eri eläin- ja kasvilajien geenitutkimus Kuinka geenit ohjaavat biologiaamme? Hsu et al., Cell 157, June 5, 2014

26 Understanding gene function Rapid affordable generation of multiple designed gene alterations Eugene Koonin, NCBI Rodolphe Barrangou, Carolina State Univ. Jennifer Doudna, UC Berkeley Emmanuelle Charpentier, Umea Univ. George Church, Harvard Univ. Rudolph Jaenisch, Whitehead Inst.

27 Geenisaksien sovellukset Biotekniikka Muuntogeeniset kasvit ja eläimet ravinnon tuotannossa Synteettinen biologia Voidaanko uutta geenitekniikkaa hyödyntää tuotannossa? Hsu et al., Cell 157, June 5, 2014

28 CRSPR ja muuntogeeniset viljelykasvit Geeniteknologia käyttöön taloudellisesti vähämerkityksellisemmissä tuotantokasveissa? Mikä on muuntogeeninen kasvi? 2 2 N A T U R E V O L J U N E

29 Geenisaksien sovellukset Lääketiede Geeniterapia Tautimallit Ihmisgenomin ituradan korjaus? - kielletty Voidaanko geenivaurioita korjata? Voidaanko solujen käyttäytymistä ohjata? Hsu et al., Cell 157, June 5, 2014

30 CRISPR Syövän immunoterapiassa Programmed cell death protein (PD-1) inaktivaatio T-soluissa

31 CRISPR geeniterapiassa Edut Täsmällisyys: solun omien geenien muokkaus Nopeus ja kustannukset: RNA ohjuri Osoittanut kykynsä eläinmalleissa: esim. lihasdystrofia, tyrosinemia (perinnöllinen maksasairaus) Haasteet Jakautumattomien solujen editointi? Editointi kudoksessa? Leikkausvirheet (Off-target cuts)? Immuunireaktio Cas9 vastaan?

32 CRISPR tarinan opetus?

33 CRISPR ja ihmisen ituradan editointi Lainsäädäntö vaihtelee Useissa maissa täysin kielletty Luotettavuus Sivuvaikutukset (Off-target) Nature 526, (15 October 2015) doi: /526310a