Dieci anni fa questa settimana, Jennifer Doudna e colleghi hanno pubblicato i risultati di un esperimento in provetta sui geni batterici, intitolato “A Programmable Dual RNA-Guided DNA Endonuclease in Adaptive Bacterial Immunity”. La scoperta ha portato a un nuovo tipo di editing del genoma, oggi noto come CRISPR.

CRISPR-Cas9 – abbreviazione di cluster di brevi ripetizioni palindromiche regolarmente intervallate e la proteina 9 associata a CRISPR – consente di modificare rapidamente il genoma. Nell’ultimo decennio ha cambiato radicalmente il panorama delle malattie da studiare. I medici usano CRISPR per modificare i geni che causano malattie ereditariee da quando i biologi oncologi hanno capito che i cambiamenti nel DNA causano il cancro, utilizzano il metodo per correggere tali cambiamenti manipolando il DNA.

Da quando gli scienziati hanno capito che i cambiamenti nel DNA causano il cancro, hanno cercato un modo semplice per correggere tali cambiamenti manipolando il DNA.

Ora, un gruppo di biologi dell’Università della California San Diego, che include uno studioso post-dottorato, ha scoperto che il DNA è un elemento fondamentale per il cancro. Sitara Roy, specialista Annabel Guichard e il prof. Ethan Bier, ha descritto un approccio nuovo e più sicuro che utilizza un macchinario naturale di riparazione del DNA e che potrebbe correggere i difetti genetici in futuro.

L’approccio fornisce una base per nuove strategie di terapia genica che hanno il potenziale di curare un ampio spettro di malattie genetiche.

I risultati sono stati pubblicati venerdì sulla rivista Science Advances.

Un nick “innocuo

Come in molti altri casi, chi soffre di malattie genetiche è portatore di mutazioni distinte nelle due copie dei geni ereditati dai genitori. Ciò può significare che una mutazione su un cromosoma avrà una sequenza funzionale opposta sull’altro cromosoma. I ricercatori hanno utilizzato gli strumenti di editing genetico CRISPR per “sfruttare” questo fatto.

“La variante sana può essere utilizzata dal meccanismo di riparazione della cellula per correggere la mutazione difettosa dopo aver tagliato il DNA mutante”, ha detto Guichard, autore senior dello studio, in una dichiarazione. “È sorprendente che questo obiettivo possa essere raggiunto in modo ancora più efficiente con un semplice e innocuo nick”.

I ricercatori hanno lavorato con i moscerini della frutta e hanno progettato mutanti che consentivano di visualizzare questa “riparazione omologa del cromosoma”, o HTR, attraverso la produzione di pigmenti nei loro occhi. Inizialmente, questi mutanti presentavano occhi completamente bianchi. Ma quando le stesse mosche hanno espresso i componenti di CRISPR (un RNA guida e Cas9), hanno mostrato grandi macchie rosse sugli occhi.

Questo era un segno che il meccanismo di riparazione del DNA della cellula era riuscito a invertire la mutazione utilizzando il DNA funzionale dell’altro cromosoma.

Editing genico riparativo che utilizza sequenze del cromosoma omologo. Fonte: Guichard/Bier

Il nuovo approccio ha preso di mira un filamento di DNA

Gli scienziati hanno poi testato il loro nuovo sistema con varianti di Cas9 conosciute come “nickasi” che avevano come bersaglio un solo filamento di DNA invece di entrambi.

Sorprendentemente, gli autori hanno scoperto che tali intaccature hanno anche dato luogo a un ripristino di alto livello del colore degli occhi rossi, quasi alla pari con le mosche sane normali (non mutate). È stato riscontrato un tasso di successo di riparazione del 50-70% con la nickasi, rispetto ad appena il 20-30% del taglio a doppio filamento Cas9, che produce anche frequenti mutazioni e si rivolge ad altri siti in tutto il genoma.

“Non potevo credere che la nickasi funzionasse così bene: era del tutto imprevisto”, ha detto Roy, autore principale dello studio.

“Non sappiamo ancora come questo processo si tradurrà in cellule umane e se possiamo applicarlo a qualsiasi gene”, ha detto Guichard. “Potrebbe essere necessario qualche aggiustamento per ottenere un HTR efficiente per le mutazioni che causano malattie portate dai cromosomi umani”.

Un sistema semplice e versatile

“Un altro vantaggio notevole di questo approccio è la sua semplicità”, ha detto Bier. “Si basa su pochissimi componenti e le incisioni sul DNA sono ‘morbide’, a differenza di Cas9, che produce rotture complete del DNA spesso accompagnate da mutazioni”.

“Se la frequenza di questi eventi potesse essere aumentata promuovendo l’appaiamento interomologo o ottimizzando i processi di riparazione specifici per i nick, queste strategie potrebbero essere sfruttate per correggere numerose mutazioni dominanti o trans-eterozigoti che causano malattie”, ha detto Roy.

La “versatilità” del nuovo sistema potrebbe essere un modello per la correzione delle mutazioni genetiche nei mammiferi.

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