Geni di mammut estinti trasformati in “topi lanosi” / Extinct Mammoth Genes Engineered Into “Woolly Mouse”

Geni di mammut estinti trasformati in “topi lanosi” / Extinct Mammoth Genes Engineered Into “Woolly Mouse”

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

Colossal Biosciences ha creato il primo topo lanoso al mondo.

Colossal Biosciences ha annunciato la nascita del primo "topo lanoso" al mondo.

Il topo è stato modificato geneticamente in modo da possedere geni associati alla morfologia del pelo e al metabolismo dei lipidi nei mammut lanosi. 

L'impresa dell'editing genomico multiplex avvicina di un passo l'azienda di de-estinzione, co-fondata nel 2021 dal professor George Church e dall'imprenditore seriale Ben Lamm, al suo obiettivo di resuscitare il mammut lanoso.   

L'azienda ha condiviso il lavoro in una pre-stampa. 

Convalidare le intuizioni derivanti da varianti genetiche antiche

Colossal ha tre progetti di de-estinzione in corso: il mammut lanoso , il tilacino ed il dodo.

Questi progetti mirano a resuscitare i fenotipi di organismi estinti, ingegnerizzando i geni alla base di tali tratti nel suo parente vivente più prossimo. Nel caso del progetto del mammut lanoso, si tratta dell'elefante asiatico, Elephas maximus.

I progressi nell'estrazione e nel sequenziamento del DNA hanno reso possibile agli scienziati l'accesso e la lettura del genoma di organismi estinti, tra cui il mammut lanoso. Ma identificare quali varianti genetiche siano alla base di tratti specifici richiede, in un mondo ideale, una convalida sperimentale.

"Una delle sfide più difficili in biologia è comprendere il collegamento tra una variante della sequenza del DNA ed il modo in cui l'animale con quella variante appare e si comporta, ma questa è esattamente la sfida che dobbiamo risolvere per modificare una cellula di elefante che può diventare un mammut lanoso funzionale", ha detto a Technology Networks la dott. ssa Beth Shapiro , responsabile scientifico di Colossal.

L'azienda ha ingegnerizzato modifiche mammut in cellule di elefante negli ultimi anni, ha detto Shapiro. Utilizzare modelli di elefanti per studi di convalida non è né pratico (hanno un periodo di gestazione di 22 mesi) né etico, poiché sono una specie in via di estinzione.

Il topo lanoso rappresenta il primo successo di Colossal nell'ingegnerizzazione di molteplici tratti in un modello vivente.

Perché iniziare con i geni relativi ai capelli? "Il fenotipo dei capelli lanosi è uno dei tratti chiave dei mammut che dobbiamo ingegnerizzare in un genoma di elefante, ed anche uno che è facilmente visibile in un modello animale vivente", ha spiegato Shapiro.

I topi lanosi hanno i peli lunghi e il mantello ondulato

Colossal ha condotto un'analisi computazionale di 59 geni di mammut lanosi, colombiani e delle steppe, che andavano da 3.500 a oltre 1,2 milioni di anni. I genomi sono stati confrontati con gli elefanti asiatici per identificare i geni che avevano sviluppato differenze fisse nei mammut.

"Abbiamo identificato i geni collegati all'adattamento al freddo ed al fenotipo lanoso attraverso l'analisi genomica comparativa di mammut ed elefanti e poi abbiamo cercato la variazione nella versione del topo di quei geni che porta a topi con pelo lungo o riccio, o colori del mantello diversi, o, nel caso di FABP2 , variazione nel modo in cui metabolizzano i grassi", ha spiegato Shapiro. "Abbiamo poi combinato queste modifiche (tutte osservate individualmente in topi sani) per creare il nostro topo lanoso".

Per ottenere l'editing multiplex sono state utilizzate tre tecnologie di editing: knockout mediato da RNP, editing genomico di precisione multiplex e riparazione diretta da omologia di precisione. Sono state effettuate in totale otto modifiche contemporaneamente per modificare sette geni.

Knockout mediato da RNP

Un tipo di tecnica di editing del genoma che utilizza complessi ribonucleoproteici (RNP) per introdurre geni knockout mirati.

Editing genomico di precisione multiplex

Si riferisce alla capacità degli scienziati di modificare più siti genetici contemporaneamente e con elevata precisione.

Riparazione guidata dall'omologia di precisione

Un meccanismo di riparazione del DNA che consente agli scienziati di introdurre specifiche modifiche genetiche in una posizione mirata del genoma.

I topi lanosi di Colossal hanno peli decisamente lunghi, causati da una modifica che causa la perdita di funzionalità nel gene FGF5. Ciò influisce sui cicli di crescita dei peli e porta a peli che crescono circa tre volte più lunghi dei topi di tipo selvatico.

Altre caratteristiche del fenotipo del pelo, tra cui il mantello ondulato ed i baffi arricciati dell'animale, sono attribuite alla perdita di funzionalità di geni tra cui FAM83G , FZD6 e TGM3, che influenzano lo sviluppo del follicolo pilifero.

"Per alcuni geni, abbiamo disattivato il gene in modo che non esprimesse una proteina. Per altri, abbiamo alterato la proteina", ha detto Shapiro. "Ad esempio, per il gene FABP2, tutti i mammut hanno una proteina troncata rispetto ai loro cugini elefanti. I topi che hanno una proteina accorciata in modo simile mostrano differenze nel modo in cui metabolizzano i grassi".

I topi lanosi di Colossal esprimono anche una versione troncata della proteina FABP2. "Esploreremo come questo influisce sul loro metabolismo dei grassi in diverse diete", ha spiegato Shapiro.

La scelta delle modifiche è un processo continuo da quando è stata fondata Colossal. "Siamo stati fortunati ad avere collaboratori accademici tra cui il dott. Love Dalén, che ha raccolto DNA antico di mammut per decenni, come partner", ha affermato Shapiro.

"Insieme, i nostri gruppi hanno assemblato più di 50 antichi genomi di mammut che i nostri biologi computazionali hanno utilizzato per identificare potenziali target genici. Il nostro gruppo di ingegneria del genoma, guidato dal dott. Michael Abrams, ha ottimizzato le guide e ha messo tutto a posto per una generazione di successo dei topi lanosi in un tempo notevolmente breve".

Capire come i topi lanosi tollerano il freddo

Colossal non commercializzerà i topi come modelli di laboratorio. "Non abbiamo intenzione di vendere i nostri topi lanosi, nonostante la loro straordinaria tenerezza, anche se questa è una domanda che ci pongono quasi tutti!" ha detto Shapiro.

Piuttosto, nei prossimi mesi il gruppo condurrà un'analisi comportamentale per esplorare in che misura le modifiche influiscono sulla tolleranza al freddo dei topi lanosi.

"Nei prossimi 6-12 mesi, lavoreremo con questi topi per comprendere meglio come i loro geni modificati influenzano la loro tolleranza al freddo con diete diverse, utilizzando approcci sperimentali che sono standard nella ricerca sui topi e che sono attualmente in fase di revisione da parte del nostro comitato etico esterno", ha affermato Shapiro. Questi dati saranno utilizzati per aggiornare la prestampa prima che venga inviata ad una rivista scientifica.

Shapiro è "super felice" di tutto il gruppo di Colossal e di come questo progetto è progredito. "Una volta iniziato a modificare le cellule del topo, il progetto è andato avanti rapidamente. I nostri primi topi lanosi sono nati in meno di due mesi dall'inizio della modifica", ha affermato.

"Questa è la conferma che il nostro approccio alla de-estinzione dei tratti chiave, dall'identificazione delle modifiche target dal DNA antico, alla progettazione ed ottimizzazione delle guide, alla modifica delle cellule, alla trasformazione di quelle cellule in animali che mostrano esattamente il fenotipo previsto, sarà un successo!" ha continuato.

Sebbene i topi siano modelli di laboratorio incredibilmente utili, è sempre possibile che le conseguenze funzionali delle modifiche genetiche differiscano in un modello rispetto all'organismo effettivo. È una limitazione riconosciuta da Colossal nella pre-stampa. In ogni caso, l'azienda è convinta che l'approccio per l'editing multiplexato fornisca una base per "valutare combinazioni complesse di modifiche genetiche che portano al fenotipo del mammut".

"Il Colossal woolly mouse dimostra i notevoli progressi che abbiamo fatto nell'ingegneria genomica precisa, inclusi metodi di consegna ottimizzati, multiplexing innovativo e combinazioni di strategie di targeting genico", ha affermato Church. "Stiamo dimostrando che ora possiamo progettare e costruire razionalmente adattamenti genetici complessi, con profonde implicazioni per il futuro della de-estinzione e dell'ingegneria multi-gene".

Shapiro ha dichiarato a Technology Networks che i tre progetti di de-estinzione stanno tutti facendo progressi e sviluppando strumenti che possono essere applicati alla conservazione della biodiversità.

"Siamo vicini ad una svolta da parte del gruppo di aviazione", ha lasciato intendere, "che potrebbe essere la prossima cosa di cui parleremo al mondo. Tenete d'occhio questo spazio!"

 

ENGLISH

 

Colossal Biosciences has created the world’s first woolly mouse.

Colossal Biosciences has announced the birth of the world’s first “woolly mouse”.

The mouse has been genetically engineered to possess genes associated with hair morphology and lipid metabolism in woolly mammoths. 

The multiplexed genome editing feat brings the de-extinction company, which was co-founded in 2021 by Professor George Church and serial entrepreneur Ben Lamm, one step closer to its goal of resurrecting the woolly mammoth.   

The company has shared the work in a pre-print.*

Validating insights from ancient gene variants

Colossal has three ongoing de-extinction projects: the woolly mammoth, the thylacine and the dodo.

These projects aim to resurrect the phenotypes of extinct organisms by engineering the genes behind such traits into its closest living relative. In the case of the woolly mammoth project, this is the Asian elephant, Elephas maximus.

Advances in DNA extraction and sequencing have made it possible for scientists to access and read the genome of extinct organisms, including the woolly mammoth. But identifying which gene variants underlie specific traits requires – in an ideal world – experimental validation.

“One of the hardest challenges in biology is to understand the link between a DNA sequence variant and the way the animal with that variant looks and acts – but this is exactly the challenge that we need to solve in order to edit an elephant cell that can become a functional woolly mammoth,” Dr. Beth Shapiro, chief science officer at Colossal, told Technology Networks.

The company has been engineering mammoth edits into elephant cells for the last few years, Shapiro said. Using elephant models for validation studies is neither practical (they have a 22-month gestation period) nor ethical, as they are an endangered species.

The woolly mouse represents Colossal’s first success in engineering multiple traits into a living model.

Why start with genes relating to hair? “The woolly hair phenotype is one of the key traits of mammoths that we need to engineer into an elephant genome, and also one that is readily visible in a living animal model,” Shapiro explained.

Woolly mice have long hair and a wavy coat

Colossal conducted a computational analysis of 59 woolly, Columbian and steppe mammoth genes, which ranged from 3,500 to over 1.2 million years old. Genomes were compared with Asian elephants to identify genes that had evolved fixed differences in mammoths.

“We identified genes linked to cold adaptation and woolly phenotype through comparative genomic analysis of mammoths and elephants and then looked for variation in the mouse version of those genes that leads to mice with long or curly hair, or different coat colors, or, in the case of FABP2, variation in the way they metabolize fats,” Shapiro explained. “We then combined these edits (all of which had been observed individually in healthy mice) to create our woolly mouse.”

Three editing technologies – RNP-mediated knockout, multiplex precision genome editing and precision homology-directed repair – were used to achieve multiplex editing. A total of eight edits were made simultaneously to modify seven genes.

RNP-mediated knockout

A type of genome-editing technique that uses ribonucleoprotein (RNP) complexes to introduce targeted gene knockouts.

Multiplex precision genome editing

Refers to the ability of scientists to edit multiple genetic sites at the same time with high accuracy.

Precision homology-directed repair

A DNA repair mechanism that enables scientists to introduce specific genetic changes at a targeted location in the genome.

Colossal’s woolly mice have distinctly long hair, caused by an edit that causes loss of function in the FGF5 gene. This impacts hair growth cycles and leads to hair that grows ~three times longer than wild-type mice.

Other features of their hair phenotype, including the animal’s wavy coat and curled whiskers, are attributed to the loss of function of genes including FAM83G, FZD6 and TGM3, which affect hair follicle development.

“For some genes, we turned the gene off so that it does not express a protein. For others, we altered the protein,” Shapiro said. “For example, for the gene FABP2, all mammoths have a protein that is truncated compared to their elephant cousins. Mice that have a similarly shortened protein show differences in how they metabolize fat.”

Colossal’s woolly mice also express a truncated version of the FABP2 protein. “We will explore how this impacts their metabolism of fat under different diets,” Shapiro explained.

Choosing the edits has been an ongoing process since Colossal was founded. “We have been fortunate to have academic collaborators including Dr Love Dalén, who have been collecting mammoth ancient DNA for decades, as partners,” Shapiro said.

“Together, our teams have assembled more than 50 ancient mammoth genomes that our computational biologists have been using to identify potential gene targets. Our genome engineering team, led by Dr. Michael Abrams, optimized the guides and put everything in place for successful generation of the woolly mice in a remarkably short time.”

Understanding how woolly mice tolerate cold

Colossal isn’t going to be commercializing the mice as laboratory models. “We do not plan to sell our woolly mice, despite their remarkable cuteness – although this is a question that we are asked by nearly everyone!” Shapiro said.

Rather, the team will be conducting behavioral analysis over the next few months to explore the extent to which the edits affect the cold tolerance of woolly mice.

“Over the next 6–12 months, we will be working with these mice to better understand how their edited genes impact their tolerance to cold under different diets, using experimental approaches that are standard in mouse research that are currently under review by our external ethics board,” Shapiro said. These data will be used to update the preprint before it is submitted to a scientific journal.

Shapiro is “super happy” with the whole team at Colossal and how this project has progressed. “Once we began to edit the mouse cells, the project moved quickly. Our first woolly mice were born in under two months from the initiation of editing,” she said.

“This is validation that our approach to de-extinction of key traits – from identifying target edits from ancient DNA, to designing and optimizing guides, to editing cells, to turning those cells into animals that display precisely the predicted phenotype – is going to be a success!” she continued.

Though mice are incredibly useful laboratory models, it is always possible that the functional consequences of genetic modifications will differ in a model compared to the actual organism. It’s a limitation acknowledged by Colossal in the pre-print. Regardless, the company is confident that the approach for multiplexed editing provides a foundation for “evaluating complex combinations of genetic modifications leading to the mammoth phenotype.”

"The Colossal woolly mouse demonstrates the remarkable progress we've made in precise genome engineering, including optimized delivery methods, innovative multiplexing and combinations of gene targeting strategies," Church said. "We are showing that we can now rationally design and construct complex genetic adaptations, with profound implications for the future of multi-gene de-extinction and engineering."

Shapiro told Technology Networks that the three de-extinction projects are all making progress and developing tools that can be applied to biodiversity conservation.

“We’re close to a breakthrough from the aviation team,” she hinted, “which may be the next thing we tell the world about. Watch this space!”

Da:

 https://www.technologynetworks.com/genomics/news/extinct-mammoth-genes-engineered-into-woolly-mouse-396787?utm_campaign=NEWSLETTER_TN_Breaking%20Science%20News&utm_medium=email&_hsenc=p2ANqtz-8NiNeRaDrpAq-IUOUhamuqpj9ZNDkrdbJLrKwE84lxAAsCcifnhUoXhPZ1oG9GFjIh8FDCHljzNsIEzevQpVEFlcQQ1mFJTunfxhccOwBSNNM7hbA&_hsmi=350013559&utm_content=350013559&utm_source=hs_email