Gli scienziati del campus della Florida dello Scripps Research Institute (TSRI) hanno migliorato una tecnologia di modifica genetica all'avanguardia per migliorare la capacità del sistema di mirare, tagliare e incollare geni all'interno di cellule umane e animali e ampliare i modi in cui il sistema di editing CRISPR-Cpf1 può essere utilizzato per studiare e combattere le malattie umane.

Professor Michael Farzan, co-presidente del Dipartimento di Immunologia e Microbiologia del TSRI, e il ricercatore associato TSRI Guocai Zhong ha migliorato l'efficienza del sistema di editing genetico CRISPR-Cpf1 incorporando RNA guida con capacità di "multiplexing".

Gli RNA guida sono brevi stringhe di acido nucleico che conducono le forbici molecolari CRISPR ai bersagli genici previsti. La scoperta del TSRI significa che più bersagli genetici in una cellula possono essere colpiti da ciascun complesso CRISPR-Cpf1.

"Questo sistema semplifica e migliora significativamente l'efficienza dell'editing simultaneo di più geni, o più siti di un singolo gene, Zhong ha detto. "Questo potrebbe essere molto utile quando più geni correlati alla malattia o più siti di un gene correlato alla malattia devono essere presi di mira".

"Questo approccio migliora l'editing genetico per una serie di applicazioni, " ha aggiunto Farzan. "Il sistema rende alcune applicazioni più efficienti e altre applicazioni possibili".

Questo studio è stato pubblicato come un documento online avanzato sulla rivista Natura chimica biologia il 19 giugno, 2017.

TSRI Advance rende CRISPR più efficiente

Abbreviazione di "Ripetizione palindromica corta regolarmente interspaziata a grappolo, " il sistema di editing genetico CRISPR sfrutta un antico processo di difesa immunitaria batterica. Alcuni microbi contrastano l'infezione virale sequestrando un pezzo di materiale genetico estraneo di un virus all'interno del proprio DNA, per servire da modello. La prossima volta che la sequenza virale viene incontrata dal microbo, viene riconosciuto immediatamente e tagliato per lo smaltimento con l'aiuto di due tipi di RNA. Molecole chiamate RNA guida forniscono la mappa all'invasore, e le proteine ​​effettrici CRISPR agiscono come le forbici che lo tagliano.

Negli ultimi cinque anni, il sistema di editing genetico CRISPR ha rivoluzionato la microbiologia e ha rinnovato la speranza che l'ingegneria genetica possa alla fine diventare un trattamento utile per le malattie.

Ma il tempo ha rivelato i limiti della tecnologia. Per uno, la terapia genica attualmente richiede l'utilizzo di un guscio virale che funga da pacchetto di consegna per il materiale genetico terapeutico. La molecola CRISPR è semplicemente troppo grande per adattarsi a più RNA guida nel sistema di confezionamento virale più popolare e utile.

Il nuovo studio di Farzan e colleghi aiuta a risolvere questo problema consentendo agli scienziati di confezionare più RNA guida.

Questo progresso potrebbe essere importante se la terapia genica deve curare malattie come l'epatite B, ha detto Farzan. Dopo l'infezione, il DNA dell'epatite B si trova nelle cellule del fegato, dirigendo lentamente la produzione di nuovi virus, che alla fine porta a danni al fegato, cirrosi e persino cancro. Il sistema CRISPR-Cpf1 migliorato, con la sua capacita' di multiplex, ' potrebbe digerire in modo più efficiente il DNA virale, prima che il fegato sia irrevocabilmente danneggiato, Egli ha detto.

"L'efficienza è importante. Se modifichi 25 cellule nel fegato, è privo di significato. Ma se modifichi metà delle cellule del fegato, che è potente, " ha detto Farzan. "Ci sono altri buoni casi - diciamo distrofia muscolare - in cui se si riesce a riparare il gene in un numero sufficiente di cellule muscolari, puoi ripristinare la funzione muscolare."

Due tipi di queste forbici molecolari sono ora ampiamente utilizzati per scopi di editing genetico:Cas9 e Cpf1. Farzan ha detto di essersi concentrato su Cpf1 perché è più preciso nelle cellule dei mammiferi. La molecola Cpf1 che hanno studiato proveniva da due tipi di batteri, batterio Lachnospiraceae e Acidaminococus sp., la cui attività è stata precedentemente studiata in E. coli. Una proprietà chiave di queste molecole è che sono in grado di estrarre i loro RNA guida da una lunga stringa di tali RNA; ma non era chiaro che avrebbe funzionato con l'RNA prodotto da cellule di mammifero. Guocai ha testato questa idea modificando un gene di bioluminescenza della lucciola nel cromosoma della cellula. Il sistema CRISPR-Cpf1 modificato ha funzionato come previsto.

"Ciò significa che possiamo utilizzare sistemi di consegna più semplici per dirigere la proteina effettrice CRISPR più gli RNA guida, " ha detto Farzan. "Renderà il processo CRISPR più efficiente per una varietà di applicazioni".

Guardare avanti, Farzan ha affermato che la proteina Cpf1 deve essere compresa in modo più ampio in modo che la sua utilità nel fornire vettori di terapia genica possa essere ulteriormente ampliata.