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CRISPR: correggere le mutazioni di cromosoma copiando il gene sano

Un nuovo tipo di strumento di modifica genica CRISPR consente di correggere le mutazioni in un cromosoma copiando il gene sano dall'altro.

Categorie Ingegneria cellulare e tissutale · Innovazione · Medicina
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Cercare una cura per le malattie genetiche è una delle grandi sfide della medicina moderna. Nell’ultimo decennio, lo sviluppo delle tecnologie CRISPR e i progressi nella ricerca genetica hanno portato nuove speranze ai pazienti e alle famiglie. Anche se la sicurezza di questi nuovi metodi è ancora di notevole preoccupazione, un gruppo di ricercatori ha dimostrato una nuova intrigante variazione del sistema di modifica genica CRISPR: la nickasi.

In molti casi, coloro che soffrono di malattie genetiche presentano delle mutazioni distinte nelle due copie dei geni ereditati dai loro genitori. Ciò vuol dire che una mutazione su un cromosoma presenta una controparte di sequenza funzionale sull’altro. I ricercatori hanno utilizzato degli strumenti di editing genetico CRISPR per sfruttare questo fatto, con conseguente fissaggio di una mutazione su un cromosoma copiando una versione sana dall’altro cromosoma.

il materiale genetico
Il DNA è il materiale genetico della cellula contenuto nei cromosomi, i quali contengono i geni. Ogni cellula umana contiene 23 coppie di cromosomi.

Funzionalità dello studio compiuto

In molte malattie genetiche, come appena detto, la mutazione difettosa si verifica solo su un cromosoma, mentre l’altro contiene una versione funzionale dello stesso gene. Il nuovo strumento CRISPR corregge la mutazione con un processo che i ricercatori chiamano riparazione omologa del cromosoma-templato (HTR). Per dimostrare il metodo in azione, i ricercatori hanno progettato dei moscerini della frutta con una mutazione visibile; questi inizialmente presentavano occhi bianchi puri e avrebbero formato delle macchie rosse se l’editing genetico fosse funzionato. In quasi in ogni caso il pigmento rosso è stato osservato in molti degli insetti.

CRISPR
Configurazione particolare per la riparazione allelica: HTR biallelico – Credits: Science

Lo studio eseguito

Lavorando nei moscerini della frutta, i ricercatori hanno progettato mutanti che consentono la visualizzazione di tale riparazione omologa del cromosoma-templato mediante la produzione di pigmenti nei loro occhi. Tali soggetti all’inizio dello studio presentavano occhi completamente bianchi, in seguito, dopo il CRISPR, mostravano grandi macchie rosse, un segno che la riparazione del DNA è riuscita ad invertire la mutazione usando il DNA funzionale dell’altro cromosoma.

CRISPR
Prove di riparazione allelica indipendente dall’accoppiamento – Credits: Science

Il gruppo di ricercatori ha testato il nuovo metodo con varianti Cas9 che hanno preso di mira solo un filamento di DNA invece di entrambi. Sorprendentemente, il team ha scoperto che questo ha dato origine a un ripristino di alto livello del colore degli occhi rossi quasi alla pari con le normali mosche sane (non mutate). Si è rilevato un tasso di successo della riparazione del 45-65% con la nickasi rispetto a solo il 20-30% nel taglio a doppio filamento Cas9, che genera anche frequenti mutazioni e prende di mira altri siti in tutto il genoma (mutazioni fuori bersaglio).

CRISPR: la nickasi

Il team ha scoperto che l’HTR potrebbe essere reso ancora più efficace se fosse abbinato a un’altra recente innovazione CRISPR chiamata nickasi. Il solito enzima Cas9 taglia entrambi i filamenti del DNA, questo ha un tasso di successo inferiore e può introdurre errori. Ma la nickasi taglia solo un filamento di DNA consentendo di apportare la modifica in modo più preciso e sicuro.

Nei test sui moscerini della frutta, il team ha dimostrato che CRISPR-Cas9 ha un tasso di successo della riparazione di circa il 20-30%, questo perché spesso restituisce solo piccole macchie di rosso agli occhi degli insetti e introduce anche frequenti mutazioni fuori bersaglio. La nickasi, d’altra parte, ha riparato per il 45-65% dei geni mirati ripristinando il colore degli occhi quasi alla normalità con molte meno mutazioni indesiderate.

CRISPR
Modifica genica riparativa utilizzando sequenze dal cromosoma della controparte: l’enzima CRISPR standard Cas9 offre la capacità di effettuare riparazioni, ma si traduce anche potenzialmente in mutazioni indesiderate (eventi mutageni) nel sito mirato e possibilmente altrove nel genoma (a sinistra). Al contrario, l’enzima nickasi si traduce in una correzione genica più efficiente e nessun evento mutageno (a destra) – Credits: UC San Diego News Center

Quali sono le prospettive?

Il team afferma che la nuova tecnica potrebbe in futuro essere applicata alle cellule umane, ma prima è necessario eseguire ulteriori studi e sperimentazioni. Non si sa ancora come questo processo si tradurrà nelle cellule umane e se sarà applicabile a qualsiasi gene. Saranno sicuramente necessari alcuni aggiustamenti per ottenere un HTR efficiente per le mutazioni che causano malattie trasportate dai cromosomi umani.