Ricercatori hanno utilizzato la luce per rendere lo strumento di gene editing CRISPR più rapido e preciso che mai nel manipolare il genoma di di linee cellulari tumorali umane.
di Lisa Ovi
In una serie di esperimenti condotti su linee cellulari tumorali umane, ricercatori della Johns Hopkins Medicine sono riusciti ad utilizzare il bisturi molecolare noto come CRISPR con maggiore precisione e velocità che mai grazie all’utilizzo della luce, arrivando ad osservare come proteine cellulari specializzate riparano il punto esatto in cui è stato tagliato il gene. I risultati degli esperimenti sono stati pubblicati da Science.
Il CRISPR è un versatile strumento di editing genetico che ha promosso progressi impensabili prima della sua scoperta. Il CRISPR ha permesso agli scienziati di cambiare o “modificare” facilmente le sequenze di DNA, andando così ad alterare le funzioni del genoma per accelerare il ritmo della ricerca sulle malattie e condizioni ereditarie. Da nuove cure contro il cancro, a terapie contro malattie genetiche rare come l’anemia falciforme, CRISPR E CAS9 hanno aperto le porte ad una vera e propria rivoluzione medica.
Adattato da un sistema di editing genico scoperto nei batteri, il CRISPR utilizza piccole sequenze di materiale genetico chiamato RNA come una sorta di guida codificata per abbinare e legarsi a una specifica sequenza di DNA all’interno di una cellula. La molecola CRISPR contiene anche un enzima chiamato Cas9, che funge da bisturi per tagliare la sequenza del DNA. Quindi, la cellula utilizza enzimi e proteine per riparare il DNA danneggiato, aggiungendo al proprio genoma le sequenze di DNA inserite nella cellula dagli scienziati. Secondo i ricercatori, lo studio del processo di riparazione del DNA è stato ostacolato dalla limitata velocità e precisione delle tecniche di gene editing come il CRISPR.
Nei loro esperimenti, i ricercatori hanno modificato l’associazione CRISPR-Cas9 progettando una molecola di RNA sensibile alla luce che consente al CRISPR di tagliare il DNA di cellule viventi solo se esposto a una particolare lunghezza d’onda della luce. In questo modo, i ricercatori sono stati in grado di guidare gli elementi del CRISPR verso il proprio obiettivo, controllando però il momento dell’azione. Vincolando il taglio del genoma all’esposizione alla luce, i ricercatori si sono conquistati un nuovo livello di controllo sullo strumento.
Sotto la direzione di Taekjip Ha, professore di biofisica e chimica biofisica della Johns Hopkins University e Bin Wu, suo assistente, i ricercatori hanno colpito con un impulso elettrico culture di cellule renali embrionali umane e cellule tumorali ossee, aprendo così i pori delle loro membrane cellulari e permettendo al complesso CRISPR dotato di una molecola di RNA ad attivazione ottica di entrare nelle cellule. Quindi, gli scienziati hanno dato 12 ore al complesso CRISPR perchè si legasse ad un preciso punto del DNA.
Una volta puntata la luce, i ricercatori hanno scoperto che il complesso CRISPR era in grado di tagliare oltre il 50 percento dei propri obiettivi entro 30 secondi dall’attivazione ottica. Per esaminare ulteriormente i tempi di riparazione del DNA, gli scienziati della Johns Hopkins hanno quindi monitorato i movimenti delle proteine coinvolte nella riparazione del DNA, arrivando a calcolare che le operazioni di riparazione vengono avviate nel giro di due minuti dall’attivazione ottica del CRISPR e concluse già 15 minuti dopo.
Lo studio non ha solo quantificato la velocità delle operazioni CRISPR e permesso di osservare con precisione i processi biologici coinvolti, ma anche dimostrato come l’attivazione ottica permetta un controllo più preciso dell’editing genetico rispetto all’azione di farmaci che si diffondo indiscriminatamente nella cellula.
(lo)
