I ricercatori del MIT hanno adattato il sistema di modifica del genoma CRISPR per identificare i geni che proteggono le cellule da una proteina associata al morbo di Parkinson. Credito:Jose-Luis Olivares/MIT
Utilizzando una versione modificata del sistema di modifica del genoma CRISPR, I ricercatori del MIT hanno sviluppato un nuovo modo per eseguire lo screening dei geni che proteggono da malattie specifiche.
CRISPR viene normalmente utilizzato per modificare o eliminare geni da cellule viventi. Però, il team del MIT lo ha adattato per attivare o disattivare in modo casuale set di geni distinti su grandi popolazioni di cellule, consentendo ai ricercatori di identificare i geni che proteggono le cellule da una proteina associata al morbo di Parkinson.
La nuova tecnologia, descritto nel giornale Cellula molecolare , offre un nuovo modo per cercare bersagli farmacologici per molte malattie, non solo Parkinson, dice Timothy Lu, un professore associato del MIT di ingegneria elettrica e informatica e di ingegneria biologica.
"Lo stato dell'arte in questo momento sta prendendo di mira due o tre geni contemporaneamente e poi guardando gli effetti, ma pensiamo che forse i set di geni che devono essere modulati per affrontare alcune di queste malattie siano in realtà più ampi di così, "dice Lu, chi è l'autore senior dello studio.
Gli autori principali del documento sono il postdoc Ying-Chou Chen e lo studente laureato Fahim Farzadfard.
Attivazione o disattivazione dei geni
Il sistema di modifica del genoma CRISPR è costituito da un enzima che taglia il DNA chiamato Cas9 e da brevi filamenti guida di RNA che prendono di mira specifiche sequenze del genoma, dicendo a Cas9 dove fare i suoi tagli. Utilizzando questo processo, gli scienziati possono effettuare mutazioni mirate nei genomi degli animali viventi, o cancellando geni o inserendone di nuovi.
Nel nuovo studio, il team del MIT ha disattivato la capacità di taglio di Cas9 e ha ingegnerizzato la proteina in modo che, dopo essersi legata a un sito bersaglio, recluta fattori di trascrizione (proteine necessarie per attivare i geni).
Fornendo questa versione di Cas9 insieme al filamento di RNA guida in singole cellule, i ricercatori possono prendere di mira una sequenza genetica per cellula. Ogni RNA guida potrebbe colpire un singolo gene o più geni, a seconda della particolare sequenza di guida. Ciò consente ai ricercatori di esaminare in modo casuale l'intero genoma per i geni che influenzano la sopravvivenza cellulare.
"Quello che abbiamo deciso di fare è stato adottare un approccio completamente imparziale in cui invece di prendere di mira i singoli geni di interesse, esprimeremmo guide randomizzate all'interno della cellula, " dice Lu. "Usando questo approccio, possiamo esaminare gli RNA guida che hanno attività protettive insolitamente forti in un modello di malattia neurodegenerativa".
I ricercatori hanno implementato questa tecnologia in cellule di lievito che sono geneticamente modificate per produrre una proteina associata al morbo di Parkinson, noto come alfa-sinucleina. Questa proteina, che forma grumi nel cervello dei malati di Parkinson, è normalmente tossico per le cellule di lievito.
Usando questa schermata, il team del MIT ha identificato un filamento di RNA guida che ha avuto un effetto molto potente, mantenere in vita le cellule in modo molto più efficace di qualsiasi singolo gene che è stato precedentemente scoperto per proteggere questo tipo di cellula di lievito.
Un ulteriore screening genetico ha rivelato che molti dei geni attivati da questo filamento di RNA guida sono proteine chaperone, che aiutano altre proteine a ripiegarsi nella forma corretta. I ricercatori ipotizzano che queste proteine chaperone possano aiutare nel corretto ripiegamento dell'alfa sinucleina, che potrebbe impedire la formazione di grumi.
Altri geni attivati dall'RNA guida codificano per proteine mitocondriali che aiutano le cellule a regolare il loro metabolismo energetico, e il traffico di proteine coinvolte nel confezionamento e nel trasporto di altre proteine. I ricercatori stanno ora studiando se l'RNA guida attiva ciascuno di questi geni individualmente o se attiva uno o più geni regolatori che poi attivano gli altri.
Effetti protettivi
Una volta che i ricercatori hanno identificato questi geni nel lievito, hanno testato gli equivalenti umani nei neuroni umani, cresciuto in un piatto da laboratorio, che producono anche alfa sinucleina. Questi geni umani erano anche protettivi contro la morte indotta da alfa-sinucleina, suggerendo che potrebbero valere la pena testarli come trattamenti di terapia genica per il morbo di Parkinson, Lu dice.
Wilson Wong, un assistente professore di ingegneria biomedica alla Boston University, afferma che lo studio evidenzia le diverse applicazioni per le quali CRISPR/Cas9 può essere utilizzato.
"È anche interessante vedere che potrebbero usare il lievito come punto di partenza di uno schermo genetico e identificare gli RNA guida che sono protettivi contro la tossicità dell'alfa-sinucleina nelle cellule dei mammiferi, "dice Wong, che non è stato coinvolto nella ricerca. "Questo lavoro potrebbe aprire la strada all'utilizzo di RNA guida randomizzati e lievito per interrogare la complessa biologia umana".
Il laboratorio di Lu sta ora utilizzando questo approccio per lo screening di geni correlati ad altri disturbi, e i ricercatori hanno già identificato alcuni geni che sembrano proteggere da determinati effetti dell'invecchiamento.
Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.