האם יש קשר בין מבנה הכרומטין ליעילות עריכה גנומית?

החומר התורשתי או כרומטין מורכב מכלל ה-DNA בתא. DNA זה יכול להיות ארוז או פתוח לפי צרכי התא, כיצד אריזה זו משפיעה על היכולת שלנו להנדס את ה-DNA?

Cas9 משמש לעריכה גנומית בה נוקלאז חותך את ה-DNA ובעקבות זאת מנגנוני התיקון של התא גורמים למוטציות או הכנסת מקטעי DNA באזור החיתוך. 

קיימים מאגרי נתונים לגבי מבנה הכרומטין בתאים שונים כך שניתן לבצעה עריכה גנומית באתרים של כרומטין סגור או כרומטין פתוח ולהשוות את יעילות העריכה בניהם.

נראה כי בכרומטין סגור Cas9 הראה פעילות קשירה ועריכה נמוכות יותר מאשר בכרומטין פתוח. כאשר הוסיפו אלמנטים שפותחים כרומטין יעילות העריכה עלתה כמצופה. תופעה זו נצפתה גם בכלי עריכה גנומית אחרים כדוגמת TALENS (קישור). 

והשאלה היא כמובן למה יעילות העריכה הגנומית נמוכה יותר בכרומטין סגור והאם אפשר לעשות משהו בנידון?

ראשית, מהו כרומטין סגור? הכרומטין הוא ה-DNA שמקודד לחומר התורשתי כפי שהוא נמצא בתאים. וכאן חשוב לציין שלא מדובר רק ב-DNA אלא ב-DNA שמקופל על חלבונים רבים שנקראים היסטונים. ההיסטונים מזהים DNA, נקשרים אליו ו-"מגלגלים" אותו או אורזים אותו. הדבר דומה במקצת לגילגול מגילה כמו ספר תורה, הכל ארוז וכל פעם מגלגלים את הקלף כך שחלק מסויים פתוח וניתן לקרוא אותו. 

כאשר ה-DNA ארוז הוא מוגן יותר ופחות נגיש לאנזימים כדוגמת Cas9 שחותך DNA. לכן, בכרומטין סגור יעילות העריכה הגנומית נמוכה משמעותית מבכרומטין פתוח. 

בזמן שצריך לקרוא את ה-DNA ולשעתק אותו (לבטא גן מסויים) הכרומטין נפתח באותו אזור וכך מתאפשר לאנזימים האחראים על שיעתוק ה-DNA לבצע את עבודתם. ובדיוק על רעיון זה מבוסס הפיתרון (קישור ).

בנוסף להיסטונים קיימים חלבונים נוספים הקשורים ל-DNA. פקטורי שיעתוק אחראים להביא את מנגנוני שיעתוק ה-DNA למקום הנכון ומכאן שיש להם יכולת לגרום לפתיחת הכרומטין.

צימוד פקטור שיעתוק ל-Cas9 איפשרה פתיחה של הכרומטין ויעילות עריכה גבוהה יותר, למערכת זו קראו Cas9-TV. מעבר לכך, כאשר מזינים את Cas9 בחצאי גיידים (גייד RNA שמכיל כ-14 בסיסים במקום 20) ה- Cas9 נקשר ל-DNA אך לא חותך אותו. כאשר הוסיפו למערכת חצאי גיידים שנקשרו ליד אתר החיתוך הדבר גרם לעליה רבה עוד יותר ברמות העריכה הגנטית.