Prime editing: una nuova tecnica per correggere gli errori genetici che causano malattie

Articolo a cura di Mattia Dettori.

Una nuova tecnica di gene editing si potrebbe rivelare più precisa della tecnologia CRISPR, tanto da poter correggere l’89% degli errori genetici che sono alla base di svariate malattie. Si chiama prime editing ed è ancora in fase sperimentale, ma i risultati sono promettenti. Il funzionamento è spiegato nello studio pubblicato sulla rivista scientifica Nature.

Gene editing e CRISPR/Cas9

Negli ultimi anni sono stati compiuti enormi progressi nel campo dell’ingegneria genetica grazie all’introduzione della tecnologia di gene editing CRISPR, che consente di modificare precise sequenze del genoma degli organismi viventi.

CRISPR è un acronimo che sta per ‘Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats’ e rappresenta delle particolari sequenze del genoma di organismi procarioti con funzione immunitaria antivirale.

Quando un virus infetta un procariote, parte del suo DNA viene integrato come CRISPR. In questo modo, gli enzimi associati al CRISPR possono riconoscere queste sequenze e acquisire immunità. Fondamentale in questo processo è il ruolo che gioca un particolare enzima endonucleasi del DNA, il Cas9. Questo enzima, associato ad un filamento di RNA guida responsabile di riconoscere il segmento di DNA target, è in grado di tagliarlo o modificarlo.

Questo processo naturale è stato studiato e ingegnerizzato in modo tale da poter essere utilizzato per modificare in maniera permanente il corredo genetico di organismi più complessi, come quelli delle cellule eucariote.

Nel caso dell’essere umano questa tecnica viene impiegata soprattutto per curare determinate malattie genetiche. Quando viene riconosciuta una sequenza di genoma che causa un problema di salute, viene creato l’RNA guida in grado di riconoscere quella sequenza, e viene quindi attaccato all’enzima Cas9 e introdotta nella cellula bersaglio. Quando viene riconosciuta la sequenza, il Cas9 taglia il DNA e si può decidere se rimuovere quella parte o sostituirla con un nuovo set di istruzioni.

Tuttavia, questo metodo è spesso soggetto ad errori in fase di inserimento di una nuova sequenza e quindi non risulta essere molto preciso.

Prime editing: maggiore flessibilità di targeting e maggiore precisione di modifica

Il meccanismo di riconoscimento della sequenza del prime editing è essenzialmente lo stesso del CRISPR/Cas 9. I miglioramenti sono stati apportati al meccanismo di taglio e sostituzione del DNA. Mentre il metodo CRISPR/Cas9 necessita, oltre al filamento di RNA guida, la nuova sequenza di DNA da inserire, il prime editing è formato da più enzimi con compiti di diversi in unico filamento di RNA guida.

La tecnica CRISPR effettua un taglio ad entrambe le eliche del DNA per inserire una nuova sequenza di basi azotate; questo, oltre a produrre spesso degli involontari cambiamenti genetici come sottoprodotti, non garantisce con certezza che la cellula ripari correttamente il genoma.

Diversamente, la tecnica di prime editing taglia solo uno dei due filamenti, lo marca e crea una nuova sequenza di DNA a partire dalla sequenza di RNA, grazie a una particolare classe di enzimi nota come trascrittasi inversa, e quindi saranno presenti due filamenti di DNA ridondanti, quello originale e quello modificato. A questo punto il meccanismo di riparazione del DNA della cellula riconosce la mancata corrispondenza con il filamento opposto lo taglia e lo modifica.

Pro e contro del prime editing

Questo approccio diminuirebbe drasticamente la percentuale di errori e aumenterebbe considerevolmente la varietà di modifiche che possono essere apportate, in quanto il metodo base editor del CRISPR/Cas9 consente di cambiare una coppia di basi (G-C) nella loro coppia complementare (A-T), mentre il prime editing può cambiare una singola base in una qualsiasi altra.

Il problema maggiore che riscontra il prime editing è relativo alla grandezza della molecola. Infatti, l’ingombro di questi enzimi li rende di difficile utilizzo nei virus utilizzati dai ricercatori per effettuare modifiche genetiche e potrebbero risultare un ostacolo effettuare iniezioni in cellule animali.

Sebbene questa tecnologia sia rivoluzionaria e molto promettente, sono ancora necessari degli studi approfonditi per ottimizzare il processo e renderlo accessibile alla pratica clinica.