Rappresentazione della proteina CRISPR Cpf1. I complessi CRISPR Cas di classe 2, compresi Cas9 e Cpf1, avere una grande versatilità, poiché una singola proteina guidata da un RNA guida è in grado di riconoscere e tagliare una specifica sequenza del genoma. Credito:Pablo Alcón / Università di Copenaghen
Scienziati dell'Università di Copenaghen, guidato dal professore spagnolo Guillermo Montoya, stanno studiando le caratteristiche molecolari di diverse forbici molecolari del sistema CRISPR-Cas per far luce sui cosiddetti "coltelli dell'esercito svizzero" dell'editing del genoma. Il gruppo di ricerca di Montoya ha visualizzato le strutture atomiche delle proteine Cpf1 e Cas9 per analizzare ciascuna delle loro proprietà e peculiarità che le rendono ideali per diverse applicazioni nella modificazione genica.
Il team del professor Montoya del Novo Nordisk Foundation Center for Protein Research presso l'Università di Copenhaguen sta lavorando attivamente in questo campo. Recentemente, questo team ha ottenuto la struttura molecolare del complesso CRISPR-Cpf1 dopo la scissione del bersaglio. Questa proteina della famiglia Cas ha la capacità di svolgere e scindere specificamente il DNA per avviare il processo di modifica.
"Questa proprietà ci permetterà di modificare le istruzioni contenute nel genoma in modo più sicuro, poiché Cpf1 riconosce la specifica sequenza di DNA con maggiore precisione, " spiega Montoya a SINC.
Ora, in un articolo pubblicato su Biologia strutturale e molecolare della natura , i ricercatori dell'istituto danese hanno analizzato e confrontato il funzionamento interno di queste forbici molecolari con CRISPR-Cas9, la tecnologia rivoluzionaria che ha innescato una rivoluzione fornendo una tecnologia di modifica del DNA semplice ed economica, scoperto da Jennifer Doudna y Emmanuelle Charpentier nel 2012.
Illustrazione del complesso CRISPR-Cpf1. Guidato da una molecola di RNA, la proteina Cpf1 può essere programmata per riconoscere e tagliare una sequenza specifica nel genoma. Attestazione:llusciences
L'uso di CRISPR-Cas9 per la modificazione genetica di piante e animali è già in corso. Inoltre, questa tecnologia viene implementata anche nella terapia umana di diverse malattie come il cancro e il suo numero di applicazioni continua a crescere.
Cristallografia a raggi X
Utilizzando una tecnica biofisica chiamata cristallografia a raggi X, Montoya e colleghi hanno svelato la struttura ad alta risoluzione di Cpf1 e Cas9 per comprendere meglio il loro meccanismo di funzionamento, compreso il riconoscimento e la scissione del DNA bersaglio.
Per il biologo molecolare, la conclusione principale dello studio è che "in base alle loro peculiarità molecolari, a seconda del risultato che vogliamo ottenere dopo il processo di editing (cioè, se vogliamo inattivare o inserire un frammento di DNA in una regione del genoma), alcuni di questi strumenti molecolari potrebbero essere più appropriati di altri".
"Quando si taglia il DNA, Cas9 genera estremità smussate, rendendo questa proteina più adatta all'inattivazione genica. In contrasto, Cpf1 produce estremità complementari sfalsate, rendendolo più conveniente per l'inserimento di un frammento di DNA, " Aggiunge Montoya.
Aggiunge, "Rivelare l'apparato dettagliato di questi intricati bisturi molecolari è essenziale non solo per comprendere il loro meccanismo d'azione, ma anche per progettare razionalmente strumenti di modifica del genoma più sicuri ed efficaci che possono essere utilizzati per applicazioni cliniche o biotecnologiche, nonché per la biologia sintetica".
