CRISPR, l'editing incontra l'epigenetica / CRISPR, editing meets epigenetics

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Dall'incontro tra la tecnica di editing CRISPR e l'epigenetica - lo studio delle modificazioni che influiscono sul funzionamento dei geni e non sulle lettere che li compongono - arriva la prima dimostrazione che è possibile cambiare le caratteristiche fisiche di un animale, correggendo tre malattie genetiche, senza cambiarne il DNA.

Correggere tre malattie genetiche senza cambiare neppure una lettera del DNA. Può sembrare impossibile ma per riuscirci è bastato far incontrare le due tendenze più calde della ricerca in biomedicina. Una è la tecnica CRISPR, che consente di intervenire in modo mirato sui geni bersaglio grazie all’utilizzo di una macchina molecolare programmabile. L’altra è l’epigenetica, ovvero lo studio delle modificazioni chimiche che influiscono su accensione e spegnimento dei geni anziché sulla successione delle loro lettere.

Da questa unione è nato un approccio che può essere chiamato editing epigenetico, perché le correzioni sono precise e puntuali come nella lavorazione editoriale di un testo (l’editing appunto), e perché avvengono a un livello che sta al di sopra di quello genetico (epi-genetico).

La prima dimostrazione in assoluto che è possibile modificare le caratteristiche fisiche di un animale preservando l’integrità del suo DNA è stata appena pubblicata sulla rivista "Cell" da un gruppo del Salk Institute for Biological Studies.

La strategia messa a punto da Juan Carlos Izpisua Belmonte e colleghi prevede di utilizzare come vettori dei virus adeno-associati e di veicolare separatamente gli ingredienti di base per l’editing, perché insieme rappresenterebbero un carico troppo ingombrante. Perciò in un virus viene impacchettata la proteina programmabile che è il motore della macchina molecolare di CRISPR (la cosiddetta Cas9). In un altro virus viene trasportata la bussola capace di portarla a destinazione (RNA guida) insieme a una sorta di “app” per le modificazioni epigenetiche (attivatore della trascrizione).

Il risultato è che invece della versione classica di CRISPR, CHE AGISCE tagliando il DNA, si ottiene una variante accessoriata per facilitare l’accesso ai geni di interesse da parte del macchinario di trascrizione cellulare, attivandoli se sono spenti o facendoli sovra-esprimere se sono moderatamente attivi. Il gene difettoso responsabile della patologia, insomma, può essere lasciato così com’è, perché si rimedia alle sue mancanze per via indiretta, aumentando l’espressione di altri geni ben funzionanti che in natura collaborano con quello mutato. In questo modo l’ostacolo anziché essere rimosso, viene aggirato.

Il Salk Institute dapprima ha lavorato con topi affetti da insufficienza renale acuta, sovra-esprimendo un gene con funzione protettiva sui reni (klotho) e un altro gene con funzioni anti-infiammatorie (interleuchina 10). I reni degli esemplari così trattati sono risultati più sani di quelli degli animali controllo. Il secondo banco di prova è stato il diabete di tipo I.

I ricercatori hanno attivato un gene (pdx1) capace di trasformare gli epatociti in cellule pancreatiche attive nella produzione di insulina. Poi hanno indotto l’iperglicemia, constatando che i topi trattati epigeneticamente esibivano un livello più basso di glucosio nel sangue. Quindi è stata la volta della distrofia muscolare di Duchenne. Facendo esprimere il gene khloto oppure quello dell’urotrofina, è stato compensato il difetto a carico della distrofina e gli animali hanno riacquistato forza muscolare.

I ricercatori sperano che lo stesso approccio potrà funzionare per ringiovanire le popolazioni neuronali compromesse in disordini neurologici come Alzheimer e Parkinson. Ma avvertono che saranno necessari ulteriori studi per garantire la sicurezza e l’efficienza della tecnica, prima di poterla testare sull’uomo.

ENGLISH

From the encounter between the CRISPR editing technique and the epigenetics - the study of the modifications that affect the functioning of the genes and not the letters that compose them - comes the first demonstration that it is possible to change the physical characteristics of an animal, correcting three diseases genetic, without changing its DNA.

Correct three genetic diseases without changing a single letter of DNA. It may seem impossible but to do that it was enough to bring together the two hottest trends in biomedicine research. One is the CRISPR technique, which allows targeted intervention on target genes thanks to the use of a programmable molecular machine. The other is epigenetics, ie the study of chemical modifications that affect the switching on and off of genes rather than the succession of their letters.

From this union was born an approach that can be called epigenetic editing, because the corrections are precise and precise as in the editorial processing of a text (editing), and because they occur at a level that is above the genetic one ( epi-genetic).

The first ever demonstration that it is possible to modify the physical characteristics of an animal while preserving the integrity of its DNA has just been published in the journal "Cell" by a group of the Salk Institute for Biological Studies.

The strategy developed by Juan Carlos Izpisua Belmonte and his colleagues expects to use the adeno-associated viruses as carriers and to convey the basic ingredients for editing separately, because together they would represent a too cumbersome load. Thus in a virus the programmable protein which is the motor of the CRISPR molecular machine (the so-called Cas9) is packaged. In another virus the compass is transported to bring it to its destination (guide RNA) along with a sort of "app" for epigenetic modifications (activator of the transcription).

The result is that instead of the classic version of CRISPR, THAT WORKS cutting the DNA, you get an accessorized variant to facilitate access to the genes of interest by the cellular transcription machinery, activating them if they are off or making them over-express if they are moderately active. The defective gene responsible for the pathology, in short, can be left as it is, because it remedies its deficiencies indirectly, increasing the expression of other well-functioning genes that in nature collaborate with the mutated one. In this way the obstacle rather than being removed is bypassed.

The Salk Institute first worked with mice suffering from acute renal failure, over-expressing a gene with protective function on the kidneys (klotho) and another gene with anti-inflammatory functions (interleukin 10). The kidneys of the specimens thus treated were healthier than those of the control animals. The second test was type I diabetes.

The researchers activated a gene (pdx1) capable of transforming hepatocytes into pancreatic cells active in the production of insulin. Then they induced hyperglycemia, noting that the epigenetically treated mice exhibited a lower level of glucose in the blood. So it was the turn of Duchenne muscular dystrophy. By expressing the khloto or urotrophin gene, the defect of dystrophin was compensated and the animals regained muscle strength.

The researchers hope the same approach will work to rejuvenate compromised neuronal populations in neurological disorders such as Alzheimer's and Parkinson's. But they warn that further studies will be needed to ensure the safety and efficiency of the technique before it can be tested on humans.

Da:

http://www.lescienze.it/news/2017/12/11/news/crispr_epigenetica_dna_integro-3785818/