L’editing del DNA ha appena ottenuto una matita affilata e nuova. I ricercatori hanno costruito un enzima in grado di eseguire uno scambio di DNA precedentemente impossibile, cambiando direttamente la coppia di basi del DNA da un A • T a un G • C. Il nuovo enzima, noto come editor di base, potrebbe un giorno abilitare la chirurgia del genoma che cancella mutazioni dannose e scrive in utili, l’investigatore di Howard Hughes Medical Institute David Liu e colleghi riportano lo studio nella famosa rivista Nature. Alcuni strumenti di modifica del genoma, come il metodo noto come CRISPR / Cas9, tagliano entrambi i fili del DNA e si basano sul meccanismo molecolare della cellula stessa per colmare il divario con la sequenza di DNA desiderata. Gli editor di base sono, in un certo senso, strumenti più precisi. CRISPR è come le forbici e gli editor di base sono come le matite. Queste matite possono riscrivere le singole unità chimiche del DNA, note come basi. Ogni base su un filamento di DNA si unisce alla base del partner su un filo opposto, in modo che l’adenina di base si accoppia con timina (A • T) e le coppie di guanine con citosina (G • C). L’anno scorso Liu e colleghi hanno descritto un editor di base che potrebbe cambiare le coppie di basi C • G in T • A. Ma i ricercatori non avevano la capacità di convertire A • T a G • C, fino ad ora.
Entrando, il Dr. Liu e il suo team sapevano che il progetto era rischioso, perché il primo passo consisteva nella creazione di un enzima che non esisteva ancora. La ricercatrice PhD Nicole Gaudelli ha accettato la sfida, basandosi in parte sull’evoluzione per creare un enzima in grado di svolgere il lavoro. Gaudelli ha iniziato con un enzima chiamato TadA in grado di convertire l’adenina in una molecola chiamata inosina (che le cellule trattano come guanina), ma nell’RNA di trasferimento piuttosto che nel DNA. Ha realizzato librerie più grandi di mutanti TadA in cellule batteriche e le ha richieste per convertire l’adenina (A) ad inosina (I) in geni di resistenza agli antibiotici per sopravvivere in presenza di antibiotici. I batteri sopravvissuti codificano mutazioni TadA che hanno conferito la capacità di eseguire la conversione A-I sul DNA. Questa evoluzione in laboratorio ha dato i suoi frutti. Ben presto, i ricercatori hanno visto che alcune colonie batteriche erano in grado di aggiustare le proprie mutazioni con la chirurgia chimica e di sopravvivere alla sfida antibiotica. Insieme ad altre modifiche, i ricercatori hanno collegato l’enzima a una molecola chiamata Cas9 nickase.
Questo add-on consente all’editor di base di trovare il punto giusto per tagliare lungo un filamento di DNA e tagliare il filo opposto del DNA ─ un nick che richiede alla cellula di inserire la coppia di basi del partner corretta per abbinarla alla nuova, completando quindi lo scambio da A • T a G • C. Insieme a diversi enzimi correlati, la versione più ingannevole, chiamata ABE7.10, è un efficiente chirurgo chimico che trasforma A • T in G • C in genomi sia umani che batterici. L’enzima funziona con più del 50% di efficienza e pochi, se non nessuno, sottoprodotti come mutazioni indesiderate. Le mutazioni in cui un G • C muta in un A • T rappresentano quasi la metà delle circa 32.000 mutazioni puntiformi associate a malattie umane. Gli esperimenti nel nuovo studio suggeriscono la promessa della nuova “matita genomica”. ABE7.10 ha invertito una mutazione G-A-A in cellule prelevate da pazienti, associata a una malattia genetica di accumulo di ferro nota come emocromatosi. In un altro esperimento, ABE7.10 ha aggiunto una mutazione che ripristina la funzione di un gene dell’emoglobina nelle cellule umane. È noto che tale mutazione conferisce protezione contro le malattie del sangue, compresa l‘anemia falciforme, che ha un grosso peso nel campo dell’Ematologia.
I risultati sono un primo passo. E ora il lavoro degli scienziati cercherà di tradurre la tecnologia di editing di base in terapie umane, ma restano molti ostacoli. I metodi di consegna di sicurezza, efficienza e editor di base devono ancora essere meglio compresi, prima che l’editing di base possa essere utilizzato per modificare il genoma umano. Proprio come è successo con CRISPR.
- a cura del Dr. Gianfrancesco Cormaci, PhD, specialista in Biochimica Clinica.
Pubblicazioni scientifiche
Gaudelli NM et al., Liu DR. Nature. 2018 Jul; 559(7714):E8.
Gaudelli NM et al. Nature. 2017 Nov 23; 551(7681):464-471.
Komor AC et al., Liu DR.Sci Adv. 2017 Aug 30; 3(8):eaao4774.