Os pesquisadores da Universidade de Illinois alcançaram as taxas mais altas relatadas de inserção de genes em células humanas com o sistema de edição de genes CRISPR-Cas9, uma etapa necessária para aproveitar o CRISPR para aplicações clínicas de terapia genética.

Ajustando quimicamente as extremidades do DNA a ser inserido, a nova técnica é até cinco vezes mais eficiente do que as abordagens atuais. Os pesquisadores viram melhorias em vários locais genéticos testados em uma linha de células de rim humano, mesmo vendo 65% de inserção em um local onde a alta anterior havia sido de 15%.

Liderado pelo professor de engenharia química e biomolecular Huimin Zhao, os pesquisadores publicaram seus trabalhos na revista Nature Chemical Biology .

Os pesquisadores descobriram que o CRISPR é uma ferramenta eficiente para desligar, ou "nocauteie, "um gene. No entanto, em células humanas, não tem sido uma maneira muito eficiente de inserir ou "acionar" um gene.

"Um bom método knock-in é importante tanto para aplicações de terapia genética quanto para pesquisas biológicas básicas para estudar a função do gene, "disse Zhao, que lidera o tema de design de biossistemas no Instituto Carl R. Woese de Biologia Genômica em Illinois. "Com um método knock-in, podemos adicionar um rótulo a qualquer gene, estude sua função e veja como a expressão do gene é afetada pelo câncer ou mudanças na estrutura do cromossomo. Ou para aplicações de terapia genética, se alguém tem uma doença causada por um gene ausente, queremos ser capazes de inseri-lo. "

Procurando uma maneira de aumentar a eficiência, O grupo de Zhao analisou 13 maneiras diferentes de modificar o DNA inserido. Eles descobriram que pequenas mudanças no final do DNA aumentavam a velocidade e a eficiência da inserção.

Então, os pesquisadores testaram a inserção de fragmentos de DNA modificados nas extremidades de tamanhos variados em vários pontos do genoma, usando CRISPR-Cas9 para direcionar precisamente sites específicos para inserção. Eles descobriram que a eficiência melhorou de duas a cinco vezes, mesmo ao inserir fragmentos de DNA maiores - a inserção mais difícil de fazer.

"Especulamos que a eficiência melhorou muito porque a modificação química ao final estabiliza o DNA que estamos inserindo, "Zhao disse." Normalmente, quando você tenta transferir DNA para a célula, ele é degradado por enzimas que o corroem das pontas. Achamos que nossa adição de produtos químicos protege as pontas. Mais DNA está entrando no núcleo, e que o DNA é mais estável, então é por isso que acho que tem uma chance maior de ser integrado ao cromossomo. "

O grupo de Zhao já está usando o método para marcar genes essenciais em estudos de função gênica. Eles usaram propositadamente produtos químicos prontos para modificar os fragmentos de DNA para que outras equipes de pesquisa pudessem usar o mesmo método em seus próprios estudos genéticos.

"Nós desenvolvemos alguns métodos knock-in no passado, mas nunca pensamos em apenas usar produtos químicos para aumentar a estabilidade do DNA que queremos inserir, "Zhao disse." É uma estratégia simples, mas funciona. "