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Lo strumento di modifica genetica CRISPR ridisegnato è 4,000 volte meno soggetto a errori

Timestamp: 28 marzo 2022 10:00
DNA di modifica del gene CRISPR Superfi Cas9

CRISPR l'editing genetico offre enormi promesse per affrontare una vasta gamma di malattie ereditarie, ma le preoccupazioni per gli effetti "fuori bersaglio" non intenzionali hanno rallentato il suo lancio. Un sistema CRISPR riprogettato potrebbe finalmente avere una soluzione pratica a questo problema.

Il mese scorso, la società biomedica Intellia riportad risultati promettenti dall'aphase prima sperimentazione di una terapia CRISPR che tratta una malattia rara causata da proteine ​​malformate nel fegato. Ma quasi un decennio dopo la scoperta dello strumento di modifica genetica, ci sono ancora solo una manciata di terapie negli studi clinici e finora nessuna è stata approvata dalle autorità di regolamentazione.

Uno dei motivi principali di ciò è la preoccupazione per la tendenza della tecnologia a produrre numeri significativi modifiche non intenzionali al genoma che potrebbe portare a gravi effetti collaterali, incluso il cancro. Ci sono stati molti sforzi per riprogettare lo strumento per renderlo più accurato, ma in genere ciò ha comportato una sostanziale diminuzione della velocità di modifica.

Studiando attentamente la struttura del sistema CRISPR, un team di ricercatori dell'Università del Texas ad Austin ha ora trovato un modo per riprogettare la proteina Cas9 critica in modo da ridurre gli errori mantenendo le prestazioni. "Questo potrebbe davvero essere un punto di svolta in termini di una più ampia applicazione dei sistemi CRISPR Cas nell'editing genetico", l'autore co-senior Kenneth Johnson ha detto in un comunicato stampa.

La proteina Cas9 svolge un ruolo centrale nel sistema CRISPR. L'enzima è responsabile dei tagli nelle sequenze di DNA, il che rende possibile rimuovere i geni erranti o fare spazio per aggiungere nuovo materiale genetico. Per assicurarsi che l'enzima effettui tagli nel posto giusto, è accoppiato con un pezzo di RNA guida progettato per legarsi a una specifica sequenza genetica lunga circa 20 lettere.

Questo processo guida non è sempre del tutto accurato, tuttavia, e talvolta la proteina Cas9 taglia la sezione sbagliata, portando alle cosiddette modifiche "fuori bersaglio". A seconda di quali geni sono interessati, ciò potrebbe potenzialmente avere gravi effetti collaterali per un paziente trattato con a Terapia CRISPR.

Quindi, per capire perché il sistema a volte modifica il bersaglio sbagliato, i ricercatori hanno utilizzato una tecnica di imaging all'avanguardia chiamata microscopia crioelettronica per scattare istantanee della proteina Cas9 mentre si bloccava su sequenze non corrispondenti.

Hanno scoperto che quando l'RNA guida si lega alla sequenza sbagliata, normalmente non riesce a creare il caratteristico nodo che consente al Cas9 di affettare il DNA. Ma loro discooverificato che quando la sequenza è corretta a parte le lettere al 18th e 20th posizioni, una struttura simile a un dito sulla proteina Cas9 stabilizza la sequenza, correggendone la forma e consentendone il taglio.

Questa è stata la prima volta che è stato osservato questo processo di stabilizzazione e, sulla base di questa intuizione, il team ha riprogettato la proteina Cas9 in modo che la struttura simile a un dito non si colleghi più alla sequenza non corrispondente. La proteina risultante, che il team ha chiamato SuperFi-Cas9, è risultata avere una probabilità 4,000 volte inferiore di tagliare i siti target rispetto all'originale Cas9.

Questo non è il primo tentativo di riprogettare Cas9 per evitare modifiche indesiderate, ma gli approcci precedenti hanno portato a riduzioni significative della velocità di modifica. "Sono più sicuri dei Cas9 presenti in natura, ma hanno un costo elevato: stanno andando molto lentamente", ha affermato il co-primo autore Jack Bravo.

SuperFi-Cas9, d'altra parte, è veloce quanto la proteina originale. Sebbene finora i ricercatori l'abbiano testato solo sul DNA in provetta, hanno già iniziato a collaborare con altri ricercatori per provarlo nelle cellule viventi e l'università è alla ricerca di partner industriali per aiutare a commercializzare la tecnologia.

Anche se probabilmente passerà del tempo prima che una tale nuova tecnologia si faccia strada nella clinica, la ricerca è un passo importante per creare terapie CRISPR più sicure che potrebbero curare un'ampia gamma di malattie negli esseri umani.

Credito immagine: Jack Bravo/Università del Texas ad Austin

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