Los científicos ahora pueden editar múltiples sitios en el genoma al mismo tiempo para aprender cómo los diferentes estiramientos de ADN cooperan en la salud y la enfermedad.
La edición de ADN basada en CRISPR ha revolucionado el estudio del genoma humano al permitir la eliminación precisa de cualquier gen humano para obtener información sobre su función. Pero una característica seguía siendo desafiante: la capacidad de eliminar simultáneamente múltiples genes o fragmentos de genes en el mismoSin embargo, este tipo de cirugía del genoma es clave para que los científicos entiendan cómo las diferentes partes del genoma trabajan juntas en el contexto de la fisiología normal y la enfermedad.
Ahora existe una herramienta de este tipo gracias a los equipos de Benjamin Blencowe y Jason Moffat, ambos profesores de genética molecular en el Centro Donnelly de Investigación Celular y Biomolecular. Apodado 'CHyMErA', por Cas Hybrid para aplicaciones de edición y cribado multiplexado, el métodose puede aplicar a cualquier tipo de célula de mamífero para apuntar sistemáticamente al ADN en múltiples posiciones al mismo tiempo, como se describe en un estudio publicado en la revista Biotecnología de la naturaleza .
A menudo descrito como tijeras del genoma, CRISPR funciona enviando una enzima de corte de ADN a los sitios deseados en el genoma a través de moléculas de ARN guía, diseñadas para adherirse al sitio objetivo. La enzima de corte de ADN más utilizada es Cas9.
Desde que Cas9 salió a la luz por primera vez, los científicos han identificado otras enzimas Cas con propiedades distintas que buscan mejorar y ampliar las aplicaciones de la tecnología. A diferencia de la tecnología CRISPR-Cas9, CHyMErA combina dos enzimas de corte de ADN diferentes, Cas9 y Cas12a, para permitir aplicaciones más versátiles. Cas12a es una enzima que se puede utilizar para generar múltiples moléculas de ARN guía en la misma célula, que es clave para la edición simultánea de ADN.
Thomas Gonatopoulos-Pournatzis, investigador asociado en el grupo de Blencowe, había pasado varios años intentando desarrollar la edición combinatoria de genes probando las enzimas Cas9 y Cas12a por su cuenta. Luego tuvo la idea de combinar estas enzimas para generar el sistema CHyMErA.
"Habíamos intentado una serie de enfoques para inducir la eliminación de fragmentos genéticos y nada funcionó tan bien como CHyMErA", dice. "Estaba encantado cuando junto con Shaghayegh Farhangmehr, un estudiante de doctorado en el laboratorio de Blencowe, vimos el primeroevidencia de que CHyMErA tuvo éxito en la eliminación de segmentos de genes. Obtuvimos estos resultados en el Boxing Day y fue el mejor regalo de Navidad que podría haber deseado ".
El siguiente paso fue aprovechar CHyMErA en pantallas a gran escala para analizar sistemáticamente cómo los genes actúan juntos, así como las funciones de las partes individuales de los genes. El equipo de Blencowe, que estudia la regulación y la función de segmentos de genes conocidos como exones, se acercó a Moffat, cuyo grupo había desarrollado una amplia experiencia con la tecnología CRISPR.
"Con CHyMErA, puede usar la mejor de las dos enzimas", dice Michael Aregger, investigador asociado en el laboratorio de Moffat, que desempeñó un papel clave en el desarrollo de aplicaciones basadas en pantalla de CHyMErA ". Cas9 ha sido mejorado porque la comunidad tenga una eficiencia de edición muy alta, mientras que Cas12a permite la multiplexación de ARN guía y, por lo tanto, proporciona mucha más flexibilidad para encontrar sitios en el genoma que podamos cortar ".
En una aplicación de CHyMErA, los investigadores apuntaron a pares de genes conocidos como paralogs, que tienen un código de ADN similar pero siguen siendo poco estudiados porque eran difíciles de investigar. Debido a que los paralogs surgieron por la duplicación de un gen ancestral, se suponía quetendrían roles similares en gran medida, pero su función no podría ser revelada por los métodos existentes de selección de un solo gen típicamente empleados en las pantallas genéticas, principalmente porque el otro parálogo compensaría el que falta.
"Con CHyMErA, podemos sacar los dos parálogos en parejas para ver si esa función ancestral es importante para que la célula sobreviva", dice Kevin Brown, investigador asociado principal en el laboratorio de Moffat y coautor del estudio junto conAregger y Gonatopoulos-Pournatzis: "Ahora podemos interrogar a una clase de genes que anteriormente se había perdido".
Después de eliminar ~ 700 pares de parálogos, casi todos los que existen en el genoma humano, el análisis confirmó que muchos de estos pares de genes desempeñan funciones similares en la supervivencia celular, mientras que otros tienen funciones distintas.
Otra característica de CHyMErA es que tanto Cas9 como Cas12a pueden desplegarse en sitios genómicos cercanos para eliminar fragmentos de genes como los exones. Esto permitió al equipo eliminar individualmente miles de exones que se han relacionado con el cáncer y la función cerebral, pero no fueronsusceptible de dirigirse solo con Cas9. Los exones se incluyen de forma variable en las transcripciones de los genes y pueden modificar la función de las proteínas codificadas, aunque la forma en que los exones individuales contribuyen a los procesos celulares sigue siendo en gran medida desconocida. De los 2.000 exones analizados por CHyMErA, se descubrió que más de 100ser crítico para la supervivencia celular, permitiendo que la investigación futura se centre ahora en arrojar luz sobre sus posibles roles en la enfermedad.
"Una vez que identificamos los exones que tienen un papel crítico en la enfermedad, podemos usar esta información para desarrollar nuevas terapias", dice Gonatopoulos-Pournatzis.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Toronto . Original escrito por Jovana Drinjakovic. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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