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La retouche principale active une rectification plus précise des problèmes génétiques que CRISPR traditionnel

La technologie de retouche du gène le plus tardif, retouche principale, augmente « le coffre à outils génétique » pour produire plus avec précision des modèles de la maladie et rectifiant des problèmes génétiques, les scientifiques disent.

Dans seulement la deuxième étude publiée de l'utilisation de la retouche principale dans un modèle de souris, la faculté de médecine des scientifiques de la Géorgie enregistrent que la retouche principale et le CRISPR traditionnel les deux arrêtent avec succès un gène impliqué dans la différenciation des cellules musculaires lisses, qui aident à donner la force et le mouvement dans des organes et des vaisseaux sanguins.

Cependant, la retouche principale coupe seulement une monocaténaire de l'ADN bicaténaire. CRISPR effectue les coupures de double-boucle, qui peuvent être mortelles aux cellules, et produit fortuit édite au chantier ainsi que fait au hasard en travers du génome, dit M. Joseph Miano, éditeur de génome, biologiste moléculaire et J. Harold Harrison, DM, présidence d'université distinguée en biologie vasculaire au centre de biologie vasculaire de MCG.

« Il est réellement moins compliqué et plus précis que CRISPR traditionnel, » Miano dit de la retouche principale, qui a littéralement moins de composantes que l'outil jeu-changeant CRISPR de gène-retouche.

Miano était parmi la première onde des scientifiques pour employer CRISPR pour modifier le génome de souris en 2013. Deux scientifiques ont été attribués le prix 2020 Nobel en chimie pour que le now CRISPR de 9 ans, qui a activé le développement rapide des modèles animaux, ainsi que le potentiel guérisse des maladies génétiques comme la cellule falciforme, et réduisent potentiellement la destruction provoquée par les maladies comme le cancer, dans lequel ambiants et des facteurs génétiques sont les deux au jeu.

La retouche principale est la dernière technologie de gène-retouche, et les scientifiques de MCG enregistrent dans la biologie de génome de tourillon qu'ils pouvaient l'employer pour retirer l'expression d'un gène en tissu de muscle lisse, illustrant la capacité de la retouche principale de produire le cellule-détail les souris que knockout sans vastes efforts de reproduction qui peuvent ne pas avoir comme conséquence un modèle exact, indique M. Xiaochun Long, biologiste moléculaire au centre de biologie vasculaire. Miano et sont longtemps les auteurs correspondants de l'étude neuve.

Longtemps, Miano et leurs collègues ont fait une étude comparative utilisant CRISPR traditionnel et retouche principale dans le gène Tspan2, ou tetraspan-2, une protéine trouvée sur la surface des cellules. Longtemps plus tôt avait trouvé que Tspan2 était la protéine la plus importante dans la différenciation de cellule musculaire lisse et a été vraisemblablement subi une mutation dans la maladie cardio-vasculaire. Il également avait recensé la région de réglementation de ce gène en cellules cultivées. Cependant, il était peu clair si cette région de réglementation ait été importante chez les souris.

Elles avaient l'habitude CRISPR pour produire un changement subtile d'un extrait d'ADN dans la région de promoteur de Tspan2, dans ce cas une modification de trois-base, leur approche normale à inactiver des régions de contrôle des gènes. L'ADN a quatre paires de bases -- adénine, cytosine, guanine et thymines -- quelles paires dans différentes combinaisons sans fin nous effectuer, et quelle gène-retouche usine modifient.

CRISPR a produit une interruption de double-boucle dans l'ADN et après la modification de trois-base, le gène Tspan2 n'a été plus allumé dans l'aorte et la vessie de souris.

Elles avaient l'habitude alors la retouche principale pour effectuer une interruption à un fil, ou entaille, et une modification d'unique-base -- comme la plupart des mutations géniques qui se produisent dans notre fuselage -- et trouvé cette modification subtile a également tourné le gène Tspan2 hors circuit dans l'aorte et la vessie, mais sans dégât indirect de CRISPR.

Nous essayions de modéliser ce qui pourrait se produire avec une modification unique de nucléotide. Nous avons posé la question si nous comportons un remplacement d'unique-base, si nous apportons juste une modification de base, ce qui arrive à l'expression Tspan2 ? La réponse est lui a fait la même chose que la retouche traditionnelle de CRISPR : Elle a détruit l'expression de gène. »

M. Joseph Miano, éditeur de génome, biologiste moléculaire

Mais il y avait également des différences importantes. Utilisant CRISPR, ils ont trouvé la preuve des « indels significatifs, » abréviation des mises en place ou des omissions des bases en gènes, qui étaient fortuits, près du site où destinés éditent ont été effectués et ailleurs.

L'article publié comprend une carte avec de nombreuses barres noires illustrant où des nucléotides multiples, les synthons d'ADN et ARN, sont allés après emploi de CRISPR. Indels sont ces modifications fortuites que les éditeurs de génome tâchent d'éviter parce qu'ils peuvent produire des déficits dans l'expression du gène et la maladie possible. Avec la hors circuit-désignation d'objectifs, vous pourriez finir substituer l'une maladie à des des autres, Miano dit.

Mais avec la retouche principale, ils n'ont vu essentiellement aucun indels à la région du promoteur Tspan2 ou ailleurs.

Un plot de Manhattan a illustré la hors circuit-désignation d'objectifs en travers de tous les chromosomes utilisant les deux techniques, avec l'horizon de CRISPR empilant comme une ville réelle tandis que l'horizon éditant principal est comparativement plat.

« La retouche principale est une coupure moins intrusive de l'ADN. Elle est très propre, » Miano dit. « Est ce ce que nous voulons : Aucun indels détectables, aucun dégât indirect. La ligne inférieure est que les conséquences involontaires sont beaucoup moins et elle est réellement moins compliquée pour employer. »

CRISPR traditionnel a trois composantes, les ciseaux moléculaires, Cas9, l'ARN de guide qui prend ces ciseaux à l'emplacement précis sur l'ADN et une matrice de réglage pour fixer le problème. CRISPR traditionnel coupe les deux boucles de l'ADN, qui peut également se produire en nature, peut être catastrophique à la cellule et doit être rapidement réparé.

La retouche principale a deux armes, avec un Cas9 modifié, appelé un nickase Cas9, qui effectuera seulement une coupure à un fil. Les ciseaux forment un appelé complexe « l'éditeur principal » avec de la transcriptase inverse, une enzyme qui peut employer une matrice d'ARN pour produire une pièce d'ADN pour remonter la pièce problématique dans le cas d'une mutation de pathogène. PegRNA, ou ARN principal de guide de retouche, fournit cette matrice d'ARN, obtient l'éditeur principal où elle doit fonctionner et les aides stabilisent les brins d'ADN, qui sont employés à faire partie d'un couple.

Pendant le réglage de la boucle entaillée de l'ADN visé, l'éditeur principal « copie » une partie du pegRNA contenant programmé éditent, dans ce cas un remplacement d'unique-base, de sorte que la boucle réparée transporte maintenant la base unique éditent. Dans le cas de produire un modèle de la maladie, cela active des scientifiques « obliques » le réglage ainsi la mutation désirée est produite, Miano dit.

M. David Liu, biologiste chimique, professeur de Richard Merkin et directeur de l'institut de Merkin des technologies transformatives dans la santé à l'Université de Harvard et Massachusetts Institute of Technology, et ses collègues a développé la première technologie principale de retouche de gène pour suivre CRISPR. Ils rapportés sur la technologie de base de retouche en 2016, qui emploie « les éditeurs de base » Liu ont décrit en tant que « crayons, capables de récrire directement une lettre d'ADN dans des des autres en permutant réellement les atomes d'une base d'ADN pour devenir au lieu une base différente. » Liu et son M. Andrew Anzalone de boursier post-doctoral, d'abord rapporté sur la retouche principale dans la nature de tourillon en octobre 2019. Liu est un co-auteur sur l'étude neuf publiée dans la biologie de génome sur la retouche principale chez les souris.

L'oeuvre originale de Liu sur la retouche principale a été effectuée dans la culture, et d'autres ont montré son efficacité aux centrales. C'est plus d'épreuve de principe, Miano dit.

L'espoir de scientifiques de MCG davantage de leurs collègues commencera à employer la retouche principale en leurs gènes préférés pour établir l'expérience et pour accélérer le mouvement vers son utilisation chez l'homme.

Leurs objectifs à long terme comprenant utilisant le gène sûr et spécifique éditant pour rectifier les anomalies génétiques pendant le développement humain qui sont connues pour avoir comme conséquence les malformations dévastatrices et la maladie comme les insuffisances cardiaques qui exigent des chirurgies lourdes multiples de rectifier.

Allison Yang, aide à la recherche supérieure dans le laboratoire de Miano, dispose à employer la retouche principale pour faire in utero une rectification du syndrome megacystis-microcolon-intestinal rare et mortel de hypoperistalsis, qui affecte des muscles de la vessie et des intestins ainsi vous prenez la nourriture mobile de difficulté par la région et la vidange de GI de la vessie. Dans les premiers travaux avec CRISPR sur des cellules de muscle lisse vasculaire, Miano et collègues ont par mégarde produit un modèle presque parfait de souris de cette maladie humaine qui peut tuer des bébés.

Les collaborateurs sur l'étude neuve incluent des scientifiques de faculté de médecine d'Albany, hôpital, Université de Cornell, Synthego, et Université de Harvard des recherches des enfants de St Judas. La recherche a été supportée par les instituts de la santé nationaux.

Les changements de juste un synthon d'ADN, ou nucléotide, polymorphismes uniques appelés de nucléotide, ou SNP, sont le type le plus courant de variation génétique dans les gens, selon MedlinePlus, et chaque personne a des millions en leur génome. Une proportion minuscule de SNP, comme celui qui entraînent l'anémie falciforme, se produisent dans les parties de l'ADN qui produisent les protéines, qui déterminent le fonctionnement de cellules. Cependant, l'immense majorité de SNP, tels que les artificiels produits avec éditer principal ici, se produisent dans le génome humain où aucun gène de protéine-codage n'est trouvé. Cette partie noncoding du génome, la soi-disant « question foncée, » comporte 99% de notre modèle entier d'ADN de durée. Les pièces de Noncoding du génome comprennent des facteurs de régulation comme l'une expression Tspan2 de réglage.

Source:
Journal reference:

Gao, P., et al. (2021) Prime editing in mice reveals the essentiality of a single base in driving tissue-specific gene expression. Genome Biology. doi.org/10.1186/s13059-021-02304-3.