Cientistas do campus da Flórida do The Scripps Research Institute (TSRI) aprimoraram uma tecnologia de edição de genes de última geração para aumentar a capacidade do sistema de direcionar, cortar e colar genes dentro de células humanas e animais - e ampliando as maneiras como o sistema de edição CRISPR-Cpf1 pode ser usado para estudar e combater doenças humanas.

Professor Michael Farzan, co-presidente do Departamento de Imunologia e Microbiologia da TSRI, e o TSRI Research Associate Guocai Zhong melhorou a eficiência do sistema de edição de genes CRISPR-Cpf1 incorporando RNAs de guia com capacidade de "multiplexação".

Os RNAs guias são cadeias curtas de ácido nucléico que conduzem a tesoura molecular CRISPR aos seus alvos genéticos pretendidos. A descoberta do TSRI significa que vários alvos genéticos em uma célula podem ser atingidos por cada complexo CRISPR-Cpf1.

"Este sistema simplifica e melhora significativamente a eficiência da edição simultânea de vários genes, ou vários locais de um único gene, "Zhong disse." Isso pode ser muito útil quando múltiplos genes relacionados a doenças ou múltiplos locais de um gene relacionado à doença precisam ser direcionados. "

"Esta abordagem melhora a edição de genes para uma série de aplicações, "Farzan acrescentou." O sistema torna alguns aplicativos mais eficientes e outros aplicativos possíveis. "

Este estudo foi publicado como um artigo online avançado na revista Nature Chemical Biology em 19 de junho, 2017

TSRI Advance torna o CRISPR mais eficiente

Abreviação de "Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeat", "o sistema de edição de genes CRISPR explora um antigo processo de defesa imunológica bacteriana. Alguns micróbios impedem a infecção viral sequestrando um pedaço do material genético estranho de um vírus dentro de seu próprio DNA, para servir de modelo. Na próxima vez que a sequência viral for encontrada pelo micróbio, ele é reconhecido imediatamente e eliminado com a ajuda de dois tipos de RNA. Moléculas chamadas de RNAs guia fornecem o mapa para o invasor, e as proteínas efetoras CRISPR agem como a tesoura que as separa.

Nos últimos cinco anos, o sistema de edição de genes CRISPR revolucionou a microbiologia e renovou as esperanças de que a engenharia genética possa eventualmente se tornar um tratamento útil para doenças.

Mas o tempo revelou as limitações da tecnologia. Para um, a terapia gênica atualmente requer o uso de um invólucro viral para servir como pacote de entrega para o material genético terapêutico. A molécula CRISPR é simplesmente muito grande para caber com vários RNAs guia no sistema de empacotamento viral mais popular e útil.

O novo estudo de Farzan e colegas ajuda a resolver esse problema, permitindo que os cientistas empacotem vários RNAs de guia.

Esse avanço pode ser importante se a terapia gênica for tratar doenças como a hepatite B, Disse Farzan. Após a infecção, O DNA da hepatite B fica nas células do fígado, direcionando lentamente a produção de novos vírus, em última análise, levando a danos no fígado, cirrose e até câncer. O sistema CRISPR-Cpf1 aprimorado, com sua capacidade de 'multiplexar, 'poderia digerir de forma mais eficiente o DNA viral, antes que o fígado seja irrevogavelmente danificado, ele disse.

"A eficiência é importante. Se você modificar 25 células no fígado, não tem sentido. Mas se você modificar metade das células do fígado, isso é poderoso, "Farzan disse." Existem outros bons casos - digamos distrofia muscular - onde se você pode reparar o gene em células musculares suficientes, você pode restaurar a função muscular. "

Dois tipos dessas tesouras moleculares estão sendo amplamente usados ​​para fins de edição de genes:Cas9 e Cpf1. Farzan disse que se concentrou no Cpf1 porque é mais preciso em células de mamíferos. A molécula Cpf1 que eles estudaram foi proveniente de dois tipos de bactérias, Bactéria Lachnospiraceae e Acidaminococus sp., cuja atividade foi previamente estudada em E. coli. Uma propriedade-chave dessas moléculas é que elas são capazes de extrair seus RNAs-guia de uma longa cadeia desse RNA; mas não estava claro se funcionaria com RNA produzido a partir de células de mamíferos. Guocai testou essa ideia editando um gene de bioluminescência de vaga-lume no cromossomo da célula. O sistema CRISPR-Cpf1 modificado funcionou como previsto.

"Isso significa que podemos usar sistemas de entrega mais simples para direcionar a proteína efetora CRISPR mais os RNAs guia, Farzan disse. "Isso tornará o processo CRISPR mais eficiente para uma variedade de aplicações."

Esperando ansiosamente, Farzan disse que a proteína Cpf1 precisa ser mais amplamente entendida para que sua utilidade na entrega de vetores de terapia gênica possa ser expandida.