Molte malattie genetiche sono causate da più mutazioni distribuite su un gene, per questo motivo elaborare approcci di genetica per ogni mutazione del paziente sarebbe poco pratico e costoso. I ricercatori del Massachusetts General Hospital (MGH) hanno recentemente sviluppato un metodo ottimizzato che migliora l’accuratezza dell’inserimento di grandi segmenti di DNA in un genoma.
Questo approccio potrebbe essere utilizzato per inserire un intero gene sostitutivo normale o “wild-type” (wild type indica un gene presente in natura), che potrebbe fungere da terapia per una malattia, indipendentemente dalla particolare mutazione del paziente. Sia le cellule vegetali che quelle animali hanno nei loro genomi degli elementi, i trasposoni, capaci di spostarsi da una posizione all’altra del genoma. La trasposasi è l’enzima che, nel processo genetico di trasferimento noto come trasposizione, taglia il DNA e lo sposta in una posizione diversa. Il lavoro dei ricercatori si concentra proprio su questo e prevede l’ottimizzazione di una nuova classe di tecnologie chiamate trasposasi associate a CRISPR (CAST), che sono strumenti promettenti per inserzioni di DNA di grandi dimensioni che possono essere facilmente indirizzate a un sito genomico desiderato. Tuttavia, allo stato naturale, le CAST presentano proprietà indesiderate, in particolare una purezza del prodotto non ottimale (la frequenza con cui solo la sequenza di DNA prevista viene inserita nel genoma) e un tasso relativamente elevato di integrazione indesiderata fuori bersaglio in siti non previsti del genoma.
La nuova frontiera genetica grazie a “HELIX”
Nella ricerca pubblicata su Nature Biotechnology, i ricercatori hanno affrontato le problematiche riscontrate in passato utilizzando approcci di ingegneria proteica per modificare le proprietà dei sistemi CAST. Hanno scoperto che l’aggiunta di un determinato enzima, chiamato nicking homing endonuclease, ai CAST ha portato a un drastico aumento della purezza del prodotto verso l’inserimento previsto. Un’ulteriore ottimizzazione della struttura dei CAST ha portato a inserzioni di DNA con un’elevata efficienza di integrazione nei siti genomici previsti, riducendo notevolmente le inserzioni nei siti indesiderati fuori bersaglio. I ricercatori hanno chiamato il nuovo sistema “HELIX”, abbreviazione di Homing Endonuclease-assisted Large-sequence Integrating CAST-compleX.”Abbiamo dimostrato un approccio generalizzabile che può essere utilizzato per modificare una varietà di sistemi CAST in versioni più sicure ed efficaci, con un’elevata purezza del prodotto e una specificità a livello genomico”, affermano gli autori.
“Combinando le nostre intuizioni, abbiamo creato sistemi HELIX con una specificità di integrazione on-target superiore al 96%, rispetto al 50% circa del sistema CAST wild-type presente in natura. Abbiamo anche stabilito che HELIX mantiene le sue proprietà vantaggiose nelle cellule umane. Inoltre, tecnologia potrebbe avere applicazioni che vanno oltre la capacità di ripristinare geni normali e sani in individui con mutazioni che causano malattie”.
