I ricercatori post-dottorato Artem Nemudryi e Anna Nemudraia hanno condotto la ricerca insieme a Blake Wiedenheft, professore presso il Dipartimento di Microbiologia e Biologia Cellulare del College of Agriculture della MSU. L'articolo, intitolato "La riparazione delle rotture dell'RNA guidate da CRISPR consente l'escissione dell'RNA site-specific nelle cellule umane", è stato pubblicato online il 25 aprile sulla rivista Science e costituisce l'ultimo progresso nella continua esplorazione del team delle applicazioni CRISPR per l'ingegneria genetica programmabile.

CRISPR, che sta per Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, è un tipo di sistema immunitario che i batteri utilizzano per riconoscere e combattere i virus. Wiedenheft, uno dei principali ricercatori nazionali CRISPR, ha affermato che il sistema è stato utilizzato per anni per tagliare e modificare il DNA, ma che l'applicazione di una tecnologia simile all'RNA non ha precedenti.

L'editing del DNA utilizza una proteina associata a CRISPR chiamata Cas9, mentre l'editing dell'RNA richiede l'uso di un sistema CRISPR diverso, chiamato tipo III.

"Nel nostro lavoro precedente, abbiamo utilizzato CRISPR di tipo III per modificare l'RNA virale in una provetta", ha affermato Nemudryi. "Ma ci siamo chiesti:possiamo programmare la manipolazione dell'RNA in una cellula umana vivente?"

Per esplorare questa domanda, il team ha programmato le proteine ​​CRISPR di tipo III per tagliare l'RNA contenente una mutazione che causa la fibrosi cistica, ripristinando la funzione cellulare.

"Eravamo fiduciosi di poter utilizzare questi sistemi CRISPR per tagliare l'RNA in modo programmabile, ma siamo rimasti tutti sorpresi quando abbiamo sequenziato l'RNA e ci siamo resi conto che la cellula aveva ricucito l'RNA in modo da rimuovere la mutazione", ha affermato Wiedenheft.

Nemudryi notò che l'RNA è transitorio all'interno della cellula; viene costantemente distrutto e sostituito.

"La convinzione generale è che non abbia molto senso riparare l'RNA", ha detto. "Abbiamo ipotizzato che l'RNA potesse essere riparato nelle cellule umane viventi e si è rivelato vero."

Wiedenheft ha fatto da mentore ai due ricercatori post-dottorato sin dal loro arrivo alla MSU, quasi sei anni fa, e ha affermato che l'impatto dei loro contributi scientifici porterà a progressi significativi e continui.

"Il lavoro svolto da Artem e Anna suggerisce che la riparazione dell'RNA potrebbe essere un aspetto fondamentale della biologia e che sfruttare questa attività potrebbe portare a nuove cure salvavita", ha affermato Wiedenheft. "Artem e Anna sono due degli scienziati più brillanti che abbia mai incontrato e sono fiducioso che il loro lavoro avrà un impatto duraturo sull'umanità."

L'editing dell'RNA ha importanti applicazioni nella ricerca di trattamenti per le malattie genetiche, ha affermato Nemudryi. L'RNA è una copia temporanea del DNA di una cellula, che funge da modello. Manipolare il modello modificando il DNA potrebbe causare cambiamenti collaterali indesiderati e potenzialmente irreversibili, ma poiché l'RNA è una copia temporanea, ha affermato, le modifiche apportate sono essenzialmente reversibili e comportano molti meno rischi.

"Le persone hanno utilizzato Cas9 per rompere il DNA e studiare come le cellule riparano queste rotture. Quindi, sulla base di questi modelli, hanno migliorato gli editor Cas9", ha detto Nemudraia. "In questo caso, speriamo che lo stesso accada con l'editing dell'RNA. Abbiamo creato uno strumento che ci permette di studiare come le cellule riparano il loro RNA e speriamo di utilizzare questa conoscenza per rendere gli editor dell'RNA più efficienti."

Nella nuova pubblicazione, il team mostra che una mutazione che causa la fibrosi cistica può essere rimossa con successo dall’RNA. Ma questa è solo una delle migliaia di mutazioni conosciute che causano malattie. La questione di quanti di loro potrebbero essere affrontati con questa nuova tecnologia di editing dell’RNA guiderà il lavoro futuro di Nemudryi e Nemudraia mentre finiranno la loro formazione post-dottorato presso la MSU e si prepareranno per incarichi di facoltà presso l’Università della Florida questo autunno. Entrambi riconoscono Wiedenheft come un mentore che cambia la vita.

"Blake ci ha insegnato a non aver paura di testare qualsiasi idea", ha detto Nemudraia. "Come scienziato, dovresti essere coraggioso e non aver paura di fallire. L'editing e la riparazione dell'RNA sono la terra incognita. È spaventoso ma anche emozionante. Hai la sensazione di lavorare ai margini della scienza, spingendo i limiti dove nessuno ha mai potuto farlo." già stato."