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Alla la tecnologia basata CRISPR novella può piombo alle terapie epigenetiche potenti

Gli scienziati hanno capito in come modificare l'architettura di base di CRISPR per estendere il suo sbraccio oltre il genoma ed in che cosa è conosciuto come il epigenome -- proteine e piccole molecole che chiudono su DNA e gestiscono quando e dove i geni sono inserita/disinserita passato.

In un 9 aprile 2021 pubblicato articolo, nella cella del giornale, i ricercatori a Uc San Francisco ed il Whitehead Institute descrivono ad uno strumento basato CRISPR novello chiamato “CRISPRoff,„ che permette che gli scienziati spengano quasi tutto il gene in cellule umane senza fare una singola modifica al codice genetico. I ricercatori egualmente indicano che una volta che un gene è spento, rimane inerte nei discendenti delle cellule per le centinaia di generazioni, a meno che sia passato indietro sopra con uno strumento complementare chiamato CRISPRon, anche descritto nel documento.

Poiché il epigenome gioca un ruolo centrale in molte malattie, dall'infezione virale a cancro, la tecnologia di CRISPRoff può l'un giorno piombo alle terapie epigenetiche potenti. E poiché questo approccio non comprende alcune modifiche del DNA, è probabile essere più sicuro della terapeutica convenzionale di CRISPR, che sono state conosciute per causare i cambiamenti indesiderati e potenzialmente nocivi al genoma.

Sebbene le terapie genetiche e cellulari siano il futuro di medicina, ci sono preoccupazioni potenziali della sicurezza intorno permanentemente a cambiare il genoma, che è perché stiamo provando a fornire altri modi usare CRISPR per trattare la malattia.„

Luke Gilbert, PhD, professore al centro completo del Cancro della famiglia di Helen Diller di UCSF ed autore Co-Senior di nuovo documento

CRISPR di trasformazione dal genoma all'editore del epigenome

CRISPR convenzionale è fornito di due pezzi di hardware molecolare che gli rendono un efficace strumento gene-modificante. Una componente è un enzima DNA-tagliante, che dà a CRISPR la capacità di alterare le sequenze del DNA. L'altra è un'unità viaggiatrice che può essere programmata per azzerare dentro su tutta la sequenza del DNA di interesse, comunicante il controllo preciso sopra dove le modifiche sono fatte.

Per costruire CRISPRoff, i ricercatori dispensati con l'enzima DNA-tagliante di CRISPR convenzionale funzionano mentre conservano l'unità viaggiatrice, creante un CRISPR reso essenziale capace di ottimizzazione del tutto il gene, ma di non modificarlo. Poi hanno legato un enzima a questo barebones CRISPR. Ma piuttosto che il DNA d'impionbatura, questo enzima agisce sul epigenome.

Il nuovo strumento mira ad una funzionalità epigenetica particolare conosciuta come metilazione del DNA, che è una di molte parti molecolari del epigenome. Quando il DNA è metilato, un piccolo tag chimico conosciuto come un gruppo metilico è affigguto a DNA, che fa tacere i geni vicini. Sebbene la metilazione del DNA si presenti naturalmente in tutte le cellule di mammiferi, CRISPRoff offre a scienziati il controllo senza precedenti sopra questo trattamento. Un altro strumento descritto nel documento, chiamato CRISPRon, elimina i segni di metilazione depositati da CRISPRoff, rendente il trattamento completamente reversibile.

“Ora abbiamo uno strumento semplice che può fare tacere la vasta maggioranza dei geni,„ abbiamo detto il membro Jonathan Weissman, di PhD, di Whitehead Institute, l'autore co-senior di nuovo documento e un ex docente di UCSF. “Possiamo fare questo per i geni multipli allo stesso tempo senza alcun danno del DNA ed in un modo che può essere invertito. È un grande strumento per gestire l'espressione genica.„

“La sorpresa principale„ capovolge un principio di base del epigenetics

Sulla base di lavoro precedente da un gruppo in Italia, i ricercatori erano sicuri che CRISPRoff avrebbe potuto fare tacere i geni specifici, ma hanno sospettato che circa 30 per cento dei geni umani sarebbero stati insensibili al nuovo strumento.

Il DNA consiste di quattro lettere genetiche -- A, C, G, T -- ma, soltanto il Cs accanto al Gs può essere metilato generalmente. Per complicare gli argomenti, gli scienziati lungamente hanno ritenuto che la metilazione potrebbe fare tacere soltanto i geni ai siti nel genoma in cui le sequenze di CG altamente sono concentrate, regioni conosciute come “le isole di CpG.„

Poiché quasi un terzo dei geni umani manca delle isole di CpG, i ricercatori hanno presupposto che la metilazione non avrebbe spento questi geni. Ma i loro esperimenti di CRISPRoff hanno capovolto questo dogma epigenetico.

“Che cosa è stata pensata prima che questo lavoro fosse che i 30 per cento dei geni che non hanno isole di CpG non sono stati gestiti da metilazione del DNA,„ ha detto Gilbert. “Ma il nostro lavoro indica chiaramente che non richiedete un'isola di CpG di spegnere i geni da metilazione. Quella, a me, era una sorpresa importante.„

L'eredità epigenetica migliora il potenziale terapeutico di CRISPRoff

Gli editori epigenetici di facile impiego come CRISPRoff hanno potenziale terapeutico tremendo, nella grande parte perché, come il genoma, il epigenome può essere ereditato.

Quando CRISPRoff fa tacere un gene, non solo il gene rimane fuori nella cella curata, egualmente resta fuori nei discendenti della cella mentre si divide, per l'altrettanto come 450 generazioni.

Con sorpresa dei ricercatori, questo ha sostenuto anche nella maturazione delle cellule staminali. Sebbene la transizione dalla cellula staminale alla cella adulta differenziata comprenda un riavvolgimento significativo del epigenome, i segni di metilazione depositati da CRISPRoff sono stati ereditati fedelmente in una frazione significativa di celle che hanno fatto questa transizione.

Questi risultati suggeriscono che CRISPRoff abbia dovuto soltanto essere amministrato una volta per avere effetti terapeutici duranti, rendentegi un approccio di promessa per il trattamento delle malattie genetiche rare -- compreso la sindrome di Marfan, che pregiudica il tessuto connettivo, la sindrome del processo, un disordine del sistema immunitario e determinati moduli di cancro -- quello è causato dall'attività di singola copia nociva di un gene.

I ricercatori hanno notato che sebbene CRISPRoff stia promettendo eccezionalmente, ulteriore lavoro è necessario realizzare il suo potenziale terapeutico completo. Chi vivrà vedrà se CRISPRoff e le simili tecnologie sono effettivamente “il futuro di medicina.„

Source:
Journal reference:

Nuñez, J.K., et al. (2021) Genome-wide programmable transcriptional memory by CRISPR-based epigenome editing. Cell. doi.org/10.1016/j.cell.2021.03.025.