HIV แก้ได้ด้วย CRISPR/Cas9

CRISPR/Cas9 เป็นเทคนิคล่าสุดในการยับยั้งยีนที่ไม่ต้องการหรือดัดแปลงไปคล้ายกับการกลายพันธุ์ตามธรรมชาติ และการผสมข้ามสายพันธุ์ของดีเอ็นเอส่วนที่คล้ายกัน (homologous recombination) โดยใช้โมเลกุลอาร์เอนเอ (RNA) ในการกำหนดดีเอ็นเอเป้าหมาย แล้วทำการตัดต่อให้เป็นลำดับพันธุกรรมใหม่เพื่อนำเข้าไปในจีโนมเป้าหมายได้อย่างแม่นยำ

CRISPR ย่อมาจาก Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats ซึ่งเป็นตำแหน่งของนิวคลีโอไทด์ที่จัดเรียงตัวแบบพิเศษ โดยแบ่งเป็นสองบริเวณ บริเวณแรกเป็นนิวคลีโอไทด์ที่มีขนาดสั้นๆ เป็นบริเวณอนุรักษ์  (conserve) ที่มีการเรียงตัวซ้าๆ กัน เรียกว่า direct repeat ลำดับนิวคลีโอไทด์มีลักษณะเป็น palindrome ทำให้สาย RNA ที่ถอดรหัสจากบริเวณของ direct repeat สามารถจับกันเองเป็นโครงสร้างทุติยภูมิในลักษณะของ hairpin loop ได้ บริเวณที่สองเป็นนิวคลีโอไทด์ที่มีความหลากหลาย (variable) ไม่ซ้ำกัน เรียกว่า spacer โดย spacer มีลักษณะคือ repeat—spacer—repeat พบว่าแบคทีเรียมีกลไกที่นำเอาชิ้นส่วน DNA บางส่วนของฟาจหรือ พลาสมิดเข้าไปแทรกอยู่ในบริเวณ direct repeat โดยชิ้นส่วน DNA ที่นำเข้าไปเปรียบได้กับเป็นหน่วยความจำ (memory card) ที่แบคทีเรียใช้จดจำชนิดของฟาจที่เคยบุกรุกเข้ามา เมื่อมีการบุกรุกของฟาจหรือได้รับพลาสมิดชนิดเดิมกลับเข้ามา กลไกของ CRISPR จะสร้าง CRISPR–RNA (crRNA) ออกมาและไปทำลายฟาจหรือพลาสมิดนั้นอย่างจำเพาะ ซึ่งกลไกลดังกล่าวคล้ายกับ RNAi ที่พบใน eukaryotic cells

กลไกการทำงานของ CRISPR นั้นแบ่งออกได้เป็น 3 ขั้นตอน

ขั้นตอนแรกเรียกว่า “adaptation” หรือ “immunization” เป็นกระบวนการนำชิ้นส่วน DNA ของฟาจหรือพลาสมิดเข้าสู่ในบริเวณ CRISPR กระบวนการนี้อาศัยโปรตีน Cas 1 และ 2 โดยโปรตีน Cas จะเป็นตัวรับรู้ลำดับนิวคลีโอไทด์ที่จำเพาะของฟาจ เรียกว่า Protospacer Associated Motif (PAM) ซึ่งอยู่ใกล้กับบริเวณ protospacer ที่จะถูกตัดและนำเข้าไปต่อใน CRISPR ทางด้านปลายของ  leader เสมอ ดังนั้นลำดับของ spacer ที่พบจึงสามารถบ่งบอกถึงลำดับก่อนหลังของการได้รับ spacer นั้นได้ ขั้นตอนที่สอง คือ “CRISPR expression” เป็นการแสดงออกของ CRISPR โดยลำดับนิวคลีโอไทด์ทั้งหมดของ CRISPR จะถูกถอดรหัส (transcription) เป็น RNA เรียกว่า pre-crRNA จากนั้น pre-crRNA จะถูกโปรตีน Cas บางตัวที่มีคุณสมบัติเป็นเอนไซม์ endoribonucleases ที่จำเพาะตัดให้เป็น small CRISPR RNA เรียกว่า crRNA ซึ่งส่วน crRNA จะเป็นบริเวณ spacer ที่มีความจำเพาะกับ DNA ของฟาจ crRNA จับกับโปรตีน Cas และนำพาโปรตีน Cas  เข้าไปจับกับ DNA ของฟาจ และตัดทำลายสาย DNA ของฟาจนั้น เรียกขั้นตอนสุดท้ายนี้ ว่า “CRISPR interference” เนื่องจาก crRNA ทำหน้าที่เป็น silencing RNA จึงเรียกอีกชื่อหนึ่งว่า prokaryotic silencing RNA (psiRNA)

เชื้อ HIV เป็น RNA virus ซึ่งมีเอนไซม์ reverse transcriptase (RNA dependent DNA polymerase) ทำหน้าที่ในการเปลี่ยนแปลง RNA ให้เป็น DNA ซึ่งทำให้ไวรัสสามารถสร้าง DNA ได้ เมื่อได้ DNA แล้ว viral DNA นี้จะเข้า incorporate กับ host DNA ได้ “provirus” จากนั้น DNA นี้ก็จะ transcription ได้ออกมาเป็น mRNA ซึ่งก็จะ translation ออกมาเป็น protein ที่จำเป็นของไวรัสต่อไป protein ที่สร้างขึ้นมานี้จะยังไม่สามารถใช้การได้จะต้องถูกตัดแต่งก่อนด้วยเอนไซม์ protease จึงได้ functional protein ที่สมบูรณ์ จากนั้นไวรัสก็จะ assembly และออกไปจากเซลล์ต่อไป

จากเชื้อไวรัสดังกล่าว จึงทำให้เกิดแนวคิดในการนำเทคนิค CRISPR-Cas9 มากำจัด DNA HIV-1 จากกลุ่มยีน T cell ในเซลล์มนุษย์ โดยทำการถอดรหัสเป็น RNA เรียกว่า pre-crRNA แล้วตัดให้เป็น crRNA ที่มีความจำเพาะกับ DNA ของฟาจเพื่อเข้าไปจับและทำลายสาย DNA ของฟาจนั้น เมื่อเซลล์เหล่านี้ได้สัมผัสกับไวรัสที่ถูกกำจัด DNA HIV-1 ออกไปแล้ว เซลล์เหล่านั้นก็ได้รับการป้องกันจากการกลับไปติดเชื้อใหม่ได้

อ้างอิง

Ph.D student candidate. สืบค้นเมื่อ 30 มีนาคม 2559. CRISPR-Cas system : Bacterial adaptive

         immunity system. สืบค้นจาก http://noobnim.in.th/crispr-cas-system/.

มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์. สืบค้นเมื่อ 30 มีนาคม 2559. นักวิทยาศาสตร์ตัดเชื้อ HIV ออกจากเซลล์ภูมิคุ้มกัน

        มนุษย์ผ่านเทคนิคใหม่. สืบค้นจาก http://www.vcharkarn.com/vnews/504595.

วิรัตน์ ทองรอด. สืบค้นเมื่อ 30 มีนาคม 2559. ยารักษา โรคเอดส์ - AIDS Treatment. สืบค้นจาก    

        http://www.thailabonline.com/hiv010.htm .

สุชาติ อุดมโสภกิจ. สืบค้นเมื่อ 30 มีนาคม 2559. การปรับแต่งจีโนม (GENOME EDITING) เพื่อการ

        บำบัดรักษา. สืบค้นจาก http://horizon.sti.or.th/node/36.

                                                                                   จัดทำโดย  นางสาวธัญพิชชา  วิชาเจริญ
                                                                                      5701211085 Sec.A