Una variante del sistema di manipolazione genetica CRISPR/Cas9 testata per creare trattamenti epigenetici

Alcuni risultati del test di CRISPR/dCas9
Alcuni risultati del test di CRISPR/dCas9

Un articolo pubblicato sulla rivista “Cell” descrive la sperimentazione su topi di una variante del sistema per le modifiche genetiche CRISPR/Cas9 per curare una serie di malattie. Un team di ricercatori del Salk Institute for Biological Studies ha usato una versione di CRISPR/Cas9 che non modifica il DNA ed evita quindi il rischio di provocare mutazioni inaspettate ma è in grado di attivare uno o più geni creando una terapia epigenetica per malattie come il diabete di tipo 1, l’insufficienza renale acuta o la distrofia muscolare.

L’acronimo CRISPR (clustered regularly interspaced short palindromic repeats) si riferisce a segmenti di DNA procariotico che contengono brevi sequenze ripetute. L’espressione CRISPR/Cas si riferisce a un sistema immunitario procariotico che conferisce resistenza a elementi genetici estranei. Il sistema CRISPR/Cas viene usato nell’ingegneria genetica, in particolare usando l’enzima Cas9 (CRISPR associated protein 9), che si è evoluto nei batteri della specie Streptococcus pyogenes come parte del loro sistema immunitario.

Uno dei problemi ancora da valutare con precisione è che una modifica al DNA effettuata con uno dei vari sistemi CRISPR in fase di sperimentazione provochi un danno al genoma e come conseguenza una mutazione genetica inaspettata. Per evitare questo rischio negli ultimi anni sono state effettuate alcune sperimentazioni di un uso diverso dei sistemi CRISPR a livello epigenetico, cioè non modificando il DNA di un organismo bensì attivando alcuni geni specifici utili per curare una malattia.

Questo risultato è stato ottenuto per la prima volta non in vitro bensì in esperimenti con topi usando una variante del sistema CRISPR/Cas9, un Cas9 “morto” chiamato dCas9 che è in grado di puntare a un obiettivo specifico all’interno del DNA di un organismo ma non è più in grado di tagliarlo. Invece, è stato associato a un interruttore molecolare che è in grado di attivare il funzionamento del gene obiettivo di dCas9.

I sistemi CRISPR utilizzano virus per essere trasportati nelle cellule ma dCas9 è molto grosso da un punto di vista genetico perciò i ricercatori l’hanno spezzato in due parti: uno che contiene il sistema di “guida” e uno che contiene gli interruttori molecolari assieme all’RNA che trova i geni da attivare. Queste due parti sono trasportate da due virus adeno-associati (in inglese adeno-associated viruses, AAV), virus che non sono in grado di infettare le cellule ma possono trasportarvi CRISPR/dCas9.

Gli esperimenti hanno riguardato diverse malattie per le quali è possibile creare una terapia epigenetica. Nel caso dell’insufficienza renale acuta hanno attivato due geni connessi alle funzioni renali. Nel caso del diabete di tipo 1 hanno stimolato l’attività di geni che possono generare cellule produttrici di insulina. Nel caso della distrofia muscolare hanno attivato geni conosciuti per la capacità di invertire i sintomi della malattia.

L’immagine (cortesia Salk Institute) mostra alcuni risultati degli esperimenti sui topi. A sinistra sono mostrati tessuti di un topo non trattato, a destra quelli di un topo trattato con il sistema CRISPR/dCas9. In alto viene mostrato come l’attivazione di certi geni aumenti la massa del muscolo scheletrico, in basso come stimoli la crescita delle dimensioni delle fibre. Le immagini al microscopio fluorescente in basso mostrano una colorazione viola della glicoproteina laminina nelle fibre muscolari tibiali anteriori.

I risultati sono incoraggianti ma c’è ancora molto lavoro da fare prima di arrivare ad applicazioni su esseri umani. I prossimi test verranno effettuati su altre specie di animali più grandi per valutare le diverse risposte a trattamenti di diverse malattie. Future applicazioni potrebbero riguardare anche il ringiovanimento di certi organi e l’inversione della degenerazione di certi tessuti.

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