Noul instrument CRISPR super-precis ar putea aborda o multitudine de boli genetice

pentru toată ușurința cu care instrumentul extrem de popular de editare a genelor CRISPR–Cas9 modifică genomii, este încă oarecum greoi și predispus la erori și efecte neintenționate. Acum, o alternativă recent dezvoltată oferă un control mai mare asupra modificărilor genomului — un avans care ar putea fi deosebit de important pentru dezvoltarea terapiilor genetice.

metoda alternativă, numită prime editing, îmbunătățește șansele ca cercetătorii să ajungă doar la editările pe care le doresc, în loc de un amestec de modificări pe care nu le pot prezice. Instrumentul, descris într-un studiu publicat pe 21 octombrie în Nature1, reduce, de asemenea, efectele off–target care reprezintă o provocare cheie pentru unele aplicații ale sistemului standard CRISPR-Cas9. Acest lucru ar putea face terapiile genetice bazate pe Editare prime mai sigure pentru utilizare la oameni.

instrumentul pare, de asemenea, capabil să facă o varietate mai largă de modificări, ceea ce ar putea permite într-o zi să fie utilizat pentru a trata numeroasele boli genetice care au împiedicat până acum editorii de gene. David Liu, biolog chimic la Broad Institute of MIT și Harvard din Cambridge, Massachusetts și autorul principal al studiului, estimează că editarea primară ar putea ajuta cercetătorii să abordeze aproape 90% din cele peste 75.000 de variante de ADN asociate bolii enumerate în ClinVar, o bază de date publică dezvoltată de Institutele Naționale de sănătate din SUA. specificitatea schimbărilor de care este capabil acest ultim instrument ar putea, de asemenea, să faciliteze cercetătorii să dezvolte modele de boală în laborator sau să studieze funcția genelor specifice, spune Liu.

„este devreme, dar rezultatele inițiale arată fantastic”, spune Brittany Adamson, care studiază repararea ADN-ului și editarea genelor la Universitatea Princeton din New Jersey. „Veți vedea o mulțime de oameni care o folosesc.”este posibil ca editarea Prime să nu poată face inserțiile sau ștergerile ADN foarte mari de care este capabil CRISPR–Cas9 — deci este puțin probabil să înlocuiască complet instrumentul de editare bine stabilit, spune biologul molecular Erik Sontheimer de la Universitatea din Massachusetts Medical School din Worcester. Asta pentru că pentru editarea primară, schimbarea pe care un cercetător dorește să o facă este codificată pe un fir de ARN. Cu cât firul devine mai lung, cu atât este mai probabil să fie deteriorat de enzimele din celulă.”diferite arome ale platformelor de editare a genomului vor fi încă necesare pentru diferite tipuri de modificări”, spune Sontheimer.

dar editarea prime pare a fi mai precisă și mai versatilă decât alte alternative CRISPR dezvoltate până acum. Acestea includ versiuni modificate ale CRISPR-Cas9 care permit cercetătorilor să schimbe o literă ADN cu alta și instrumente mai vechi, cum ar fi nucleazele cu deget de zinc, care sunt dificil de adaptat la fiecare editare dorită.

libertatea prin control

CRISPR–Cas9 și prime editing ambele funcționează prin tăierea ADN-ului într-un anumit punct al genomului. CRISPR-Cas9 rupe ambele fire ale helixului dublu ADN și apoi se bazează pe propriul sistem de reparații al celulei pentru a remedia daunele și a face modificările. Dar acel sistem de reparare nu este de încredere și poate insera sau șterge litere ADN în punctele în care genomul a fost tăiat. Acest lucru poate duce la un amestec incontrolabil de modificări care variază între celule.în plus, chiar și atunci când cercetătorii includ un șablon pentru a ghida modul în care genomul este editat, sistemul de reparare a ADN-ului din majoritatea celulelor este mult mai probabil să facă acele mici inserții sau ștergeri aleatorii decât să adauge o secvență ADN specifică genomului. Acest lucru face dificil — și, în unele cazuri, aproape imposibil — ca cercetătorii să utilizeze CRISPR–Cas9 pentru a suprascrie o bucată de ADN cu o secvență la alegere.

Prime editing ocolește aceste probleme (vezi ‘Precision editor’). Deși folosește și Cas9 pentru a recunoaște secvențe specifice de ADN–la fel ca CRISPR — Cas9-enzima Cas9 din instrumentul de editare primară este modificată pentru a nick doar o singură catenă de ADN. Apoi, o a doua enzimă numită revers transcriptază și ghidată de o catenă de ARN, face modificările la locul tăierii.

enzimele primare de editare nu trebuie să rupă ambele fire de ADN pentru a face modificări, eliberând cercetătorii de la a se baza pe sistemul de reparare a ADN — ului celulei — pe care nu pot controla-pentru a face modificările pe care le doresc. Aceasta înseamnă că editarea primară ar putea permite dezvoltarea de tratamente pentru bolile genetice cauzate de mutații care nu sunt ușor abordate de instrumentele existente de editare a genelor.

un instrument multifuncțional

anterior, cercetătorii, inclusiv Liu, au crezut că vor trebui să dezvolte instrumente de editare a genelor specifice fiecărei categorii de schimbări pe care doreau să le facă într-un genom: inserții, ștergeri sau substituții de Litere ADN. Și opțiunile au fost limitate atunci când a venit vorba de a face substituții precise.

o tehnică mai veche, numită editare de bază, care este comparabilă ca precizie cu editarea primară, convertește chimic o literă ADN direct în alta — ceva ce CRISPR–Cas9 nu poate face — cum ar fi transformarea unui T într-un A sau un G într-un C, fără a rupe ambele fire de ADN2. Dezvoltat de Liu, editarea bazei ar putea fi utilă pentru corectarea unor boli genetice cauzate de mutații cu o singură literă, inclusiv cea mai comună formă de anemie cu celule secera.

dar editarea bazei nu poate ajuta cu tulburările genetice cauzate de mutații cu mai multe litere, cum ar fi boala Tay-Sachs, o boală de obicei fatală cauzată de obicei de inserarea a patru litere ADN în gena HEXA.Liu și colegii săi și-au propus să creeze un instrument precis de editare a genelor care să ofere cercetătorilor flexibilitatea și controlul de a face mai multe tipuri de modificări fără a fi nevoie să creeze sisteme personalizate. În 2018, Echipa a lovit prime editing: o combinație de enzime, inclusiv o enzimă Cas9 modificată, care ar putea schimba literele ADN individuale, șterge litere sau introduce o serie de litere într-un genom, cu daune minime la catenele ADN.

„este fantastic”, spune Sontheimer. „Amploarea mutațiilor care pot fi introduse este unul dintre cele mai mari progrese. Asta e imens.”dar echipa lui Liu și alții vor trebui acum să evalueze cu atenție cât de bine funcționează sistemul într-o varietate de celule și organisme. „Acest prim studiu este doar începutul — mai degrabă decât sfârșitul-unei aspirații de lungă durată în științele vieții pentru a putea face orice schimbare a ADN-ului în orice poziție a unui organism”, spune Liu.