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A tecnologia CRISPR-baseada nova pode conduzir às terapias epigenéticas poderosas

Os cientistas figuraram para fora em como alterar a arquitetura básica de CRISPR para estender seu alcance além do genoma e no que é sabido como o epigenome -- proteínas e moléculas pequenas que travam no ADN e controlam quando e onde os genes são de ligar/desligar comutado.

Em um 9 de abril de 2021 publicado papel, na pilha do jornal, os pesquisadores em Uc San Francisco e o Whitehead Institute descrevem uma ferramenta CRISPR-baseada nova chamada “CRISPRoff,” que permite que os cientistas desliguem quase todo o gene em pilhas humanas sem fazer um único edita ao código genético. Os pesquisadores igualmente mostram que uma vez que um gene é desligado, permanece inerte nos descendentes da pilha para centenas de gerações, a menos que for comutado para trás sobre com uma ferramenta complementar chamada CRISPRon, igualmente descrito no papel.

Porque o epigenome joga um papel fundamental em muitas doenças, da infecção viral ao cancro, tecnologia de CRISPRoff pode um dia conduzir às terapias epigenéticas poderosas. E desde que esta aproximação não envolve todo o ADN edita, é provável ser mais seguro do que a terapêutica convencional de CRISPR, que foram sabidos para causar mudanças indesejáveis e potencialmente nocivos ao genoma.

Embora as terapias genéticas e celulares são o futuro da medicina, há uns interesses potenciais da segurança em torno permanentemente de mudar o genoma, que é porque nós estamos tentando vir acima com outras maneiras de usar CRISPR para tratar a doença.”

Luke Gilbert, PhD, professor no centro detalhado do cancro da família da Helen Diller de UCSF e autor Co-Superior do papel novo

CRISPR de transformação do genoma ao editor do epigenome

CRISPR convencional é equipado com as duas partes de hardware molecular que lhe fazem uma ferramenta deedição eficaz. Um componente é uma enzima decorte, que dê a CRISPR a capacidade para alterar seqüências do ADN. O outro é um dispositivo de direcção que possa ser programado para zerar dentro em toda a seqüência do ADN do interesse, dando o controle preciso sobre onde edita são feitos.

Para construir CRISPRoff, os pesquisadores dispensados com a enzima decorte de CRISPR convencional funcionam ao reter o dispositivo de direcção, criando um CRISPR despido capaz de visar todo o gene, mas de não o editar. Então tethered uma enzima a este barebones CRISPR. Mas um pouco do que o ADN de emenda, esta enzima actua no epigenome.

A nova ferramenta visa uma característica epigenética particular conhecida como o methylation do ADN, que é uma de muitas partes moleculars do epigenome. Quando o ADN é misturado, uma etiqueta química pequena conhecida como um grupo metílico está afixada ao ADN, que silencia genes próximos. Embora o methylation do ADN ocorra naturalmente em todas as pilhas mamíferas, CRISPRoff oferece a cientistas controle inaudito sobre este processo. Uma outra ferramenta descrita no papel, chamado CRISPRon, remove as marcas do methylation depositadas por CRISPRoff, fazendo o processo inteiramente reversível.

“Agora nós temos uma ferramenta simples que possa silenciar a grande maioria dos genes,” dissemos o membro de Jonathan Weissman, de PhD, de Whitehead Institute, o autor co-superior do papel novo e um membro da faculdade anterior de UCSF. “Nós podemos fazer este para genes múltiplos ao mesmo tempo sem nenhum dano do ADN, e em uma maneira que possa ser invertida. É uma grande ferramenta para controlar a expressão genética.”

“A surpresa principal” erige um princípio básico de epigenetics

Baseado em trabalhos anteriores por um grupo em Itália, os pesquisadores estavam seguros que CRISPRoff poderia silenciar genes específicos, mas suspeitaram que uns 30 por cento de genes humanos seriam sem resposta à nova ferramenta.

O ADN consiste em quatro letras genéticas -- A, C, G, T -- mas, geralmente, somente o Cs ao lado do Gs pode ser misturado. Para complicar matérias, os cientistas têm acreditado por muito tempo que o methylation poderia somente silenciar genes nos locais no genoma onde as seqüências do CG são concentradas altamente, regiões conhecidas como de “ilhas CpG.”

Desde que quase um terço de genes humanos falta ilhas de CpG, os pesquisadores supor que o methylation não desligaria estes genes. Mas suas experiências de CRISPRoff erigiram este dogma epigenético.

“O que foi pensado antes que este trabalho estêve que os 30 por cento dos genes que não têm ilhas de CpG não estiveram controlados pelo methylation do ADN,” disse Gilbert. “Mas nosso trabalho mostra claramente que você não exige uma ilha de CpG desligar genes pelo methylation. Aquela, a mim, era uma surpresa principal.”

A herança epigenética aumenta o potencial terapêutico de CRISPRoff

Os editores epigenéticos fáceis de usar como CRISPRoff têm o potencial terapêutico tremendo, na grande parte porque, como o genoma, o epigenome pode ser herdado.

Quando CRISPRoff silencia um gene, faz não somente o gene permanecem fora na pilha tratada, ele igualmente fica fora nos descendentes da pilha como se divide, para o tanto como como 450 gerações.

À surpresa dos pesquisadores, isto guardarou verdadeiro mesmo em amadurecer células estaminais. Embora a transição da célula estaminal à pilha adulta diferenciada envolve rewiring significativo do epigenome, as marcas do methylation depositadas por CRISPRoff foram herdadas fielmente em uma fracção significativa das pilhas que fizeram esta transição.

Estes resultados sugerem que CRISPRoff precise somente de ser administrado uma vez para ter os efeitos terapêuticos de duração, fazendo lhe uma aproximação prometedora para tratar desordens genéticas raras -- incluindo a síndrome de Marfan, que afecta o tecido conjuntivo, a síndrome do trabalho, uma desordem do sistema imunitário, e determinados formulários do cancro -- isso é causado pela actividade de uma única cópia danificada de um gene.

Os pesquisadores notaram que embora CRISPRoff fosse excepcionalmente prometedor, um trabalho mais adicional é necessário realizar seu potencial terapêutico completo. O tempo o dirá se CRISPRoff e as tecnologias similares são certamente “o futuro da 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.