Oamenii de știință sparg codul CRISPR pentru editarea precisă a genomului uman
Oamenii de stiinta de la Institutul Francis Crick au descoperit un set de reguli simple care determina precizia editării genomului CRISPR / Cas9 în celulele umane. Aceste reguli, publicate în Molecular Cell , ar putea contribui la îmbunătățirea eficienței și siguranței editării genomului atât în laborator cât și în spital.
În ciuda utilizării largi a sistemului CRISPR, aplicarea rațională a tehnologiei a fost împiedicată de presupunerea că rezultatul editării genomului este imprevizibil, rezultând o ștergere sau adăugare la nimereală a vreunei regiuni ADN în ținta prestabilită.
Înainte ca CRISPR să poată fi aplicat în siguranță prin spitale, oamenii de știință trebuie să se asigure că pot prezice cu exactitate modul în care ADN-ul va fi modificat.
Pana în prezent, editarea de gene cu CRISPR a implicat o mulțime de presupuneri, procese frustrante și erori „, spune liderul grupului Crick, Paola Scaffidi, care a condus studiul. „Efectele CRISPR s-au considerat a fi imprevizibile și aparent aleatorii, dar analizând sute de editări am fost șocați să constatăm că există în realitate modele simple, previzibile în spatele acestora. Aceasta va schimba fundamental modul în care folosim CRISPR, permițându-ne să studiem funcțiile genelor cu o precizie mai mare, accelerând semnificativ știința zilelor noastre.”
Examinând efectele editării genomului CRISPR la 1491 ținte din cele 450 de gene ale celulelor umane, echipa a descoperit ca rezultatele pot fi prezise pe baza unor reguli simple. Aceste reguli depind în principal de o „literă” genetică care ocupă o poziție anumită în regiunea recunoscută de ”ARN-ul ghid”, pentru a dirija foarfecele molecular, Cas9.
ARN-ul ghid reprezintă molecule sintetice alcătuite din aproximativ 20 de litere genetice ( A-adenina, T-timina, C-citozina, G-guanina), concepute să se lege de o secțiune specifică a ADN-ului în gena țintă. Fiecare literă genetică are un partener complementar – A se leagă de T, și C se leagă de G, lipindu-se împreună ca un Velcro. (Velcro reprezentat în imaginea de mai jos:
Ghidat de molecula ARN, enzima Cas-9 scanează de-a lungul genomului până când găsește regiunea de legătură. Când ghidul de ARN potrivește secvențele corecte de ADN, acestea se lipesc ca un Velcro iar Cas-9 taie prin ADN. ADN-ul rupe 3 litere de la sfârșitul secvenței țintă iar biții codului genetic sunt apoi inserați sau șterși, aparent întâmplător, atunci când celula încearcă să repare ruptura.
În acest studiu, oamenii de știință au descoperit că editarea unei gene particulare depinde de a 4-a literă de la sfârșitul ARN-ului ghid, adiacent tripleților ( legături din 3 litere, de exemplu GAC ) de tăiere. Echipa a descoperit că, dacă această literă este A sau T, va exista o introducere genetică foarte precisă; un C va duce la o ștergere relativ precisă și o G va duce la multe ștergeri imprecise. Astfel, evitarea pur și simplu a tripleților care conțin un G face editarea genomului mult mai previzibilă.
”Am fost uimiți să descoperim că regulile care determină editarea genomului uman CRISPR sunt atât de simple”, spune dr. Anob Chakrabarti, coleg în laboratorul de Bioinformatica si Biologie Computațională a lui Crick și primul autor al studiului. ”Având aceste reguli în minte la proiectarea ARN-ului ghid, putem maximiza șansele de a obține rezultatul dorit al editării unei gene specifice – ceea ce este deosebit de important într-un context clinic”.
Echipa a descoperit și cum ținta ADN ”închisă” sau ”deschisă” poate afecta rezultatul editării genelor. Adăugarea de compuși care forțează ADN-ul să se deschidă – permițând lui Cas9 să scaneze genomul – a condus la o editare mai eficientă, ceea ce ar putea ajuta atunci când modificările trebuie să fie introduse în gene particulare închise.
”Vestea buna este ca, indiferent de țesutul de origine care influențează gradul de deschidere a ADN-ului la anumite gene – regiunile țintă care conțin un A sau T într-o poziție cheie, arată o editare comună”, spune Paola. ”Asta înseamnă că, dacă selectăm cu atenție ADN-ul țintă, putem fi destul de siguri că vom vedea același efect în diferite țesuturi”.
Josep Monserrat, student la Crick Ph. D. în laboratorul de epigenetica cancerului și primul autor al studiului spune: ”Înainte nu am apreciat importanța deschiderii ADN-ului în determinarea eficienței editării genomului CRISPR. Acest lucru ar putea fi un alt factor de luat în considerare când vrem să edităm o genă într-un mod specific. Suntem încântați să observăm că tipuri distincte de celule împart același tip de editare la regiuni țintă precise.”
Articol scris inițial în engleză pe https://m.phys.org, la data de 13 Dec 2018.
lasă un comentariu, scrie-ne părerea ta.