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Ricercatori in Lituania presentano la struttura molecolare di un nuovo sistema CRISPR più versatile per l’editing genetico. Il nuovo sistema CRISPR mette in pausa i geni, invece di disattivarli definitivamente.
Gli scienziati hanno presentato una nuova versione del famoso strumento di editing genetico CRISPR, in grado di “mettere in pausa” temporaneamente un determinato gene piuttosto che disattivarlo definitivamente.
La rivoluzione CRISPR è iniziata nel 2012, quando Jennifer Doudna ed Emmanuelle Charpentier – vincitrici del Nobel – hanno pubblicato la loro scoperta di una nuova tecnica di editing genetico più accurata ed efficiente di qualsiasi cosa provata prima.
Da allora CRISPR ha trasformato la ricerca genetica ed è stato recentemente approvato per una terapia genica unica nel suo genere per le persone con malattie del sangue.
Il sistema CRISPR di tipo IV-A non taglia il DNA. “I sistemi di tipo IV-A sono davvero unici nella loro attività molecolare”, ha detto l’autore senior dello studio Patrick Pausch, ricercatore di genetica e professore all’Università di Vilnius.
“La maggior parte degli altri sistemi CRISPR una volta individuato un gene, lo tagliano e basta! Al contrario, i sistemi di tipo IV-A agiscono continuamente su un gene di interesse, massaggiando efficacemente il suo DNA, se si vuole”.
Il sistema di tipo IV-A è stato scoperto per la prima volta nel 2018 e in diverse pubblicazioni gli scienziati hanno riportato il funzionamento generale del sistema.
Nel loro nuovo studio, Pausch e i suoi colleghi hanno rivelato la struttura dettagliata delle molecole all’interno del sistema CRISPR di tipo IV-A.
Hanno usato la microscopia crioelettronica, una tecnica in cui le proteine congelate vengono bombardate con elettroni per creare un’immagine 3D della molecola.
I ricercatori hanno dimostrato che, svelando la doppia elica del DNA, il sistema di tipo IV-A può sopprimere stabilmente ma reversibilmente l’attività di un gene senza dover tagliare il suo DNA.
“Il potere di questa tecnica è che silenzia l’espressione genica senza modificare la sequenza del DNA”, ha detto Ryan Jackson, biochimico della Utah State University e non coinvolto nello studio.
“Questa strategia potrebbe essere particolarmente utile nel laboratorio di ricerca, dove uno scienziato potrebbe voler mettere a tacere l’espressione per un po’, ma poi riaccenderla per osservare i risultati”.
Pausch ha detto che il loro studio getta le basi per le future iterazioni di questo sistema.
“Descriviamo i processi molecolari alla base di questa attività, consentendoci di adattare questo sistema per le applicazioni di editing del genoma di prossima generazione”, ha detto.
Il sistema descritto nell’articolo utilizza una classe di enzimi per svolgere il DNA, ma potrebbero essere utilizzati anche enzimi diversi.
Ad esempio, ci sono enzimi che possono modificare l’epigenetica che colpisce un dato gene, ovvero i fattori che influenzano l’attività del gene senza modificarne la sequenza del DNA.
Questo sistema può anche silenziare i geni situati lontano dalla sequenza bersaglio originale del DNA.
Questo perché i ricercatori usano un enzima chiamato DinG, che ha la capacità di svolgere la doppia elica del DNA e quindi muoversi lungo il filamento di DNA.
“Questo meccanismo di silenziamento ‘a lunga distanza’ è diverso da altri metodi esistenti che si basano su interazioni dirette con la sequenza da silenziare”, ha osservato Jackson.
Un tale strumento potrebbe aiutare gli scienziati a comprendere meglio i modi complessi in cui viene controllata l’attività genica, ha detto.
In futuro, Pausch e i suoi colleghi sperano di riempire più dettagli mancanti su come funziona il sistema, in particolare come il CRISPR e le molecole enzimatiche cambiano forma mentre sopprimono i geni.
In seguito, il team spera di iniziare a esplorare potenziali applicazioni terapeutiche della tecnologia.
Un modo in cui potrebbero vedere il sistema applicato in medicina è come piattaforma per la prossima generazione di editor di genomi.
Questi editor potevano modificare direttamente una coppia di lettere nel codice del DNA; aumentare o diminuire temporaneamente l’espressione di geni specifici; o modificare l'”epigenoma”.
Questi strumenti potrebbero essere utilizzati in clinica per curare le malattie, così come in agricoltura per aumentare i raccolti o ridurre gli sprechi alimentari.
