Editing genetico, Crispr diventa ancora più preciso nella correzione del dna / Genetic editing, Crispr becomes even more precise in the correction of DNA

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

È una tecnologia sviluppata nei laboratori della University of Illinois: sostituendo una singola base azotata è possibile eliminare la porzione di un gene che causa una malattia.

Crispr è stata salutata come la più precisa tecnologia di editing genetico mai sviluppata. Ma anche quando parliamo di autentiche rivoluzioni tecnologiche, c’è sempre spazio per i miglioramenti. Un esempio è quello che arriva in questi giorni dalla University of Illinois: un nuovo sistema che permette di eliminare una porzione di gene alterando una singola base azotata all’interno della sua sequenza. Si tratta di Crispr Skip, una tecnologia appena descritta sulle pagine della rivista Genome Biology, la cui incredibile precisione, e i minori effetti collaterali che la accompagnano, potrebbero in futuro produrre nuove terapie geniche per malattie gravissime come la distrofia di Duchenne, la malattia di Huntington, e diverse forme di tumore.

Per comprendere come funziona Crispr Skip dobbiamo fare un piccolo ripasso di biologia, e ricordare come avviene la trascrizione di geni in proteine. Nelle cellule dei mammiferi i geni sono composti da parti codificanti, definite esoni, e parti non codificanti, chiamate introni. Quando la cellula trascrive un gene, per ogni segmento di questo viene prodotta una equivalente sequenza di rna, che servirà per indicare ai ribosomi quali aminoacidi concatenare per formare una proteina. Non tutti i segmenti di rna però parteciperanno alla produzione di una proteina: un processo definito splicing interviene infatti al termine della trascrizione del dna, eliminando i segmenti di rna ottenuti dagli introni, e lasciando quindi solamente a quelli trascritti dagli esoni il compito di produrre le proteine.

Con Crispr è possibile intervenire in questo processo, spezzando le porzioni di dna in corrispondenza dell’inizio di un esone, e spingendo così i meccanismi di riparazione della cellula a intervenire riunendo i due segmenti e integrando il vuoto con nuovo materiale genetico. Questo processo spesso rende illeggibile l’esone, e modifica così la trascrizione del gene e le caratteristiche della proteina che questo codifica. Si tratta di una tecnica rivoluzionaria – assicurano i ricercatori della University of Illinois – ma non priva di difetti. Per quanto precisa, Crispr può avere difficoltà a riconoscere la zona su cui deve agire da altre molto simili a livello molecolare, e può quindi produrre mutazioni indesiderate in altre regioni del dna, o persino indurre la parte di dna eliminata a riattaccarsi in una regione differente di un cromosoma, provocando ulteriori mutazioni difficili da prevedere.

È qui, ovviamente, che entra in gioco Crispr Skip. La tecnica non ha bisogno di spezzare la catena di dna, ma sostituisce una singola base azotata all’inizio degli esoni, producendo una firma genetica che fa pensare alla cellula di trovarsi di fronte a un introne. E in questo modo crea una modifica duratura della proteina codificata da quel gene, ma con rischi minori di introdurre mutazioni indesiderate in altre parti del dna. Eliminare qualche aminoacido può sembrare poca cosa, ma così non è. Per esempio, basta rimuovere un singolo esone dal gene che codifica per la proteina nota come distrofina per correggere o alleviare notevolmente i sintomi della distrofia di Duchenne.

Non a caso si tenta già da tempo di farlo, anche se le tecniche utilizzate non permettono un’eliminazione duratura degli esoni, e garantiscono quindi solamente un effetto temporaneo, che costringerebbe i pazienti a sottoporsi periodicamente alla terapia nel corso della vita. Crispr Skip, dal canto suo, promette molto di più. “Modificando una singola base all’interno del dna possiamo eliminare gli esoni permanentemente, ottenendo una correzione a lungo termine del disturbo con un singolo trattamento”, racconta Alan Luu, uno degli inventori della nuova tecnica. “E il processo è anche reversibile, se mai avessimo bisogno di riattivare un esone lo potremmo fare”

Sul piano dei risultati, i ricercatori per ora hanno sperimentato Crispr Skip in vitro su tre linee cellulari umani, ottenendo risultati incoraggianti in termini di precisione, e dimostrando che la tecnica può essere utilizzata anche per modificare il dna dei turmori. Nei prossimi mesi sperano di iniziare la sperimentazione su modelli animali, per poi passare (una volta aumentata ancora la sua precisione) anche a pazienti umani. Con la speranza che in futuro Crispr Skip, e altre tecnologie simili, permettano di eliminare definitivamente il rischio di mutazioni indesiderate, uno dei problemi principali che frenano l’impiego clinico della terapia genica.

ENGLISH

It is a technology developed in the laboratories of the University of Illinois: by replacing a single nitrogenous base it is possible to eliminate the portion of a gene that causes a disease.

Crispr has been hailed as the most precise genetic editing technology ever developed. But even when we speak of authentic technological revolutions, there is always room for improvement. An example is the one that arrives these days from the University of Illinois: a new system that allows to eliminate a gene portion by altering a single nitrogenous base within its sequence. It is Crispr Skip, a technology just described in the pages of the journal Genome Biology, whose incredible precision, and the minor side effects that accompany it, could in the future produce new gene therapies for serious diseases such as Duchenne dystrophy, Huntington's disease , and different forms of cancer.

To understand how Crispr Skip works we have to do a little review of biology, and remember how the transcription of genes into proteins occurs. In mammalian cells, genes are composed of coding parts, called exons, and non-coding parts, called introns. When the cell transcribes a gene, for each segment of this an equivalent sequence of DNA is produced, which will serve to indicate to the ribosomes which amino acids concatenate to form a protein. Not all rna segments will however participate in the production of a protein: a process called splicing intervenes in fact at the end of the DNA transcription, eliminating the segments of rna obtained from the introns, leaving therefore only those transcribed by the exons the task of producing the protein.

With Crispr it is possible to intervene in this process, breaking the portions of DNA at the beginning of an exon, and thus pushing the repair mechanisms of the cell to intervene by combining the two segments and integrating the void with new genetic material. This process often renders the exon illegible and thus modifies the transcription of the gene and the characteristics of the protein it encodes. It is a revolutionary technique - assure researchers from the University of Illinois - but not without flaws. However precise, Crispr may have difficulty recognizing the area on which it must act from others very similar at the molecular level, and may therefore produce unwanted mutations in other regions of DNA, or even induce the part of DNA eliminated to reattach in a different region of a chromosome, causing further mutations that are difficult to predict.

It is here, of course, that Crispr Skip comes into play. The technique does not need to break the DNA chain, but replaces a single nitrogenous base at the beginning of the exons, producing a genetic signature that makes the cell think of being in front of an intron. And in this way it creates a lasting modification of the protein encoded by that gene, but with minor risks of introducing unwanted mutations into other parts of the DNA. Eliminating some amino acids may seem like a small thing, but it is not. For example, just remove a single exon from the gene that codes for the protein known as dystrophin to correct or significantly alleviate the symptoms of Duchenne dystrophy.

It is no coincidence that it has been tried for some time to do so, even if the techniques used do not allow a lasting elimination of exons, and therefore only guarantee a temporary effect, which would force patients to undergo periodic therapy thereafter. Crispr Skip, for its part, promises much more. "By modifying a single base within the DNA we can permanently eliminate the exons, resulting in a long-term correction of the disorder with a single treatment," says Alan Luu, one of the inventors of the new technique. "And the process is also reversible, if we ever need to reactivate an exon we could do it"

In terms of results, researchers have now experimented with Crispr Skip in vitro on three human cell lines, obtaining encouraging results in terms of precision, and demonstrating that the technique can also be used to modify the dna of turmori. In the coming months they hope to start experimenting on animal models, and then pass (once again increased its accuracy) even to human patients. With the hope that in the future Crispr Skip, and other similar technologies, will definitely eliminate the risk of unwanted mutations, one of the main problems that hold back the clinical use of gene therapy.

Da:

https://www.wired.it/lifestyle/salute/2018/08/20/crispr-skip-editing-dna-malattie/