La modifica genetica dei funghi, una novità assoluta a livello mondiale, apre la strada a promettenti farmaci contro il cancro. / Fungal gene editing world-first points to promising cancer medicines

 La modifica genetica dei funghi, una novità assoluta a livello mondiale, apre la strada a promettenti farmaci contro il cancro. / Fungal gene editing world-first points to promising cancer medicines

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

Svelando alcuni dei misteri dei funghi grazie a un nuovo strumento di modifica genetica, i ricercatori hanno identificato diverse molecole con promettenti proprietà antitumorali.

Gli scienziati dell'Università della Pennsylvania (PA, USA) hanno introdotto fPE7max, una piattaforma di editing genetico ottimizzata per i funghi, che hanno utilizzato per isolare una libreria di molecole complesse, molte delle quali possiedono strutture inedite. Tra queste, tre presentano un potenziale effetto antitumorale, aprendo una promettente opportunità per la futura ricerca di nuovi farmaci.

Nonostante il loro rinomato contributo alla medicina moderna, i funghi sono stati storicamente trascurati, soprattutto nella ricerca genetica. Ciò è dovuto in gran parte al fatto che, quando coltivati ​​in laboratorio, disattivano i loro percorsi genici antimicrobici innati.

"Per riattivare quei percorsi silenti, avevamo bisogno di un metodo efficace per manipolare con precisione i genomi fungini, ad esempio modificando i loro geni regolatori principali, ma gli strumenti tradizionali non erano all'altezza del compito", ha spiegato l'autore dello studio Xue Gao.

CRISPR, ad esempio, non è ottimale nei funghi filamentosi – importanti contributori ecologici e ospiti industriali caratterizzati da filamenti tubulari noti come ife – poiché il principale meccanismo di riparazione del DNA in questi organismi è la giunzione non omologa delle estremità (N-HED), che ricuce rapidamente le estremità rotte ed è intrinsecamente mutagenica, anziché la più accurata e metodica ricombinazione omologa. Di conseguenza, le rotture a doppio filamento introdotte da CRISPR hanno maggiori probabilità di causare mutazioni indesiderate. Il prime editing offre un'alternativa, in grado di modificare i geni in modo mirato senza provocare rotture a doppio filamento. Tuttavia, il prime editing non era mai stato applicato ai funghi filamentosi prima dell'avvento di fPE7max.

Questo nuovo strumento integra fLa, una proteina stabilizzante, per proteggere l'RNA guida dalla degradazione che può verificarsi in seguito a grandi inserzioni e delezioni del DNA, nonché una proteina che aggira il sistema di riparazione naturale del fungo per garantire che le modifiche non vengano annullate.

La piattaforma risultante supporta una vasta gamma di modifiche, dalle sostituzioni di singole basi alle inserzioni su scala kilobase ed alle delezioni multi-kilobase (fino a 10 kb), con un'efficienza di modifica media di quasi il 90% su diversi geni e specie.

Mettendo alla prova fPE7max, il gruppo ha preso di mira gli elementi regolatori della traduzione a monte del gene regolatore metabolico laeA. La profilazione metabolomica ha rivelato l'attivazione di vie biosintetiche precedentemente poco esplorate, che ha portato all'identificazione di 18 nuovi metaboliti fungini. Otto di questi, secondo i ricercatori, hanno strutture mai descritte prima e tre hanno dimostrato attività citotossica, rendendoli potenziali candidati per ulteriori studi nella scoperta di farmaci antitumorali.

"Queste molecole possono fungere da composti di partenza per il trattamento delle malattie, fornendo una nuova e vitale via per la scoperta di farmaci", ha affermato il primo autore Chunxiao Sun, aggiungendo che una delle nuove molecole ha mostrato tossicità selettiva contro le cellule tumorali umane del seno, del fegato e della leucemia.

"Si tratta di una dimostrazione convincente del fatto che la prossima generazione di terapie salvavita potrebbe già esistere in natura", ha aggiunto Gao.

ENGLISH

Unraveling some of the mysteries of fungi with a novel gene-editing tool, researchers have identified a number of molecules with promising anti-cancer properties.

Scientists from the University of Pennsylvania (PA, USA) have introduced fPE7max, a prime editing platform optimized for fungi, which they’ve used to isolate a library of complex molecules, many of which possess new-to-science structures. Among them, are three with possible tumor-busting prowess, presenting an exciting opportunity for future drug discovery efforts.

Despite their renowned contributions to modern medicine, fungi have historically been overlooked, especially in genetic research. This is in large part due to the fact that they switch off their innate antimicrobial gene pathways when grown in the lab.

“To turn those silent pathways back on, we needed a powerful way to precisely manipulate fungal genomes, such as editing their master regulatory genes, but traditional tools weren’t up to the task,” study author Xue Gao explained.

CRISPR, for example, is not optimal in filamentous fungi – major ecological contributors and industrial hosts characterized by tubular filaments known as hyphae – as the dominant DNA repair pathway in these organisms is non-homologous end joining, which rapidly stitches broken ends together and is inherently mutagenic, rather than the more accurate and methodical homologous recombination. As a result, the double-strand breaks introduced by CRISPR are more likely to lead to unintended mutations. Prime editing offers an alternative, capable of targeted gene editing without double-strand breaks. However, prime editing had never been established in filamentous fungi before – until fPE7max came into the picture.

The novel tool integrates fLa, a stabilizing protein, to protect guide RNA from degradation that can accompany large DNA insertions and deletions, as well as a protein that bypasses the fungus’s natural repair system to ensure that edits are not reversed.

The resulting platform supports a range of different edits, from single-base substitutions to kilobase-scale insertions and multi-kilobase deletions (up to 10 kb), with an average editing efficiency of almost 90% across diverse genes and species.

Putting fPE7max to the test, the team targeted translation-regulatory elements upstream of the metabolic regulator gene laeA. Metabolomic profiling revealed activation of previously underexplored biosynthetic pathways, which led to the identification of 18 new fungal metabolites. Eight of these, the researchers believe, have structures that had never been reported before, and three demonstrated cytotoxic activity, making them potential candidates for further exploration in cancer drug discovery.

“These molecules can serve as lead compounds for disease treatment, providing a vital new pipeline for drug discovery,” first author Chunxiao Sun asserted, adding that one of the new molecules showed selective toxicity against human breast, hepatic and leukemia cancer cells.

“It’s a compelling proof-of-concept demonstrating that the next generation of life-saving therapeutics might already exist in nature,” Gao added.

Da:

https://www.biotechniques.com/crispr/fungal-gene-editing-world-first-points-to-promising-cancer-medicines/