Development of gene editing strategies for human β-globin (HBB) gene mutations

Abstract

Gen düzenleme teknolojisindeki son ilerlemeler, programlanabilir endonükleazlar kullanılarak DNA dizisinde istenilen değişikliklerin yapılabilmesini olası kılmıştır. Bu yeni gen düzenleme araçları, β-globin genindeki (HBB) nokta mutasyonların neden olduğu kalıtsal bir monogenik bozukluk olan orak hücre hastalığı (SCD) gibi genetik bozuklukların tedavisinde, klinik uygulamalar için umut verici adaylardır. SCD için destekleyici tedavi yöntemleri geliştirilmiş olsa da hala uzun süreli evrensel tedavi eksikliği söz konusudur. Tip II CRISPR-Cas9 sistemleri, tek bir endonükleaz, Cas9, ile diziye özgü DNA çift iplikli kopmaya (DSB) katılan tek kılavuz RNA (sgRNA) olarak adlandırılan kısa bir RNA molekülü ile hareket eder. Bu çalışmada, HEK293T hücre dizisinde, Homoloji ile Yönlendirilmiş Onarım (HDR) ile etkili genom düzenleme ve SCD'ye neden olan nokta mutasyonlarının düzeltilmesi için nükleotid değişikliklerinin tanıtılması amacıyla HBB geninin CRISPR / Cas9 genom düzenleme aracı ile hedeflenmesi amaçlanmıştır. Çalışma sonucunda SCD'ye neden olan mutasyonun lokusunda HBB geninde hedef spesifik nükleotid değişikliklerini indüklenebildi. Uzun sgRNA'nın hedef aktivitesi üzerindeki etkisi incelendi ve uzun sgRNA'nın hedefleme ve Cas9 ile indüklenen DSB'ler için aynı performansa sahip olduğu gözlendi. HDR mekanizması, donör DNA onarım şablonlarının plazmid formunda birlikte verilmesiyle tetiklendi. Sonuç olarak, etkili hedefleme ve HBB geninde istenen modifikasyonlar için metodolojik bir yol haritası önerildi

Recent developments in gene editing technology have enabled scientists to modify DNA sequence by using engineered endonucleases. These gene editing tools are promising candidates for clinical applications, especially for treatment of inherited disorders like sickle cell disease (SCD). SCD is caused by a point mutation in human β-globin gene (HBB). Clinical strategies have demonstrated substantial success, however there is not any permanent cure for SCD available in clinics. CRISPR/Cas9 platform uses a single endonuclease and a single guide RNA (sgRNA) to induce sequence-specific DNA double strand break (DSB). In this study, it was aimed to target HBB gene via CRISPR/Cas9 genome editing tool to introduce nucleotide alterations for efficient genome editing and correction of point mutations causing SCD in HEK293T cell line, by Homology Directed Repair (HDR). We have achieved to induce target specific nucleotide changes on HBB gene in the locus of mutation causing SCD. The effect on on-target activity of longer sgRNA was examined and observed that longer sgRNA has the same performance for targeting and Cas9 induced DSBs. HDR mechanism was triggered by co-delivery of donor DNA repair templates in circular plasmid form. In conclusion, we have suggested methodological pipeline for efficient targeting and creating desired modifications on HBB gene