Los análisis genéticos basados en CRISPR han ayudado a los científicos a identificar genes que son actores clave en la anemia falciforme, la inmunoterapia del cáncer, la metástasis del cáncer de pulmón y muchas otras enfermedades. Sin embargo, estos análisis genéticos tienen un alcance limitado: solo pueden editar o seleccionarADN. Para muchas regiones del genoma humano, el ADN dirigido puede no ser efectivo, y otros organismos, como los virus ARN como el coronavirus o la gripe, no pueden ser dirigidos en absoluto con las pantallas CRISPR dirigidas al ADN existentes.
Ahora, en un nuevo recurso importante para la comunidad científica publicado hoy en Biotecnología de la naturaleza , investigadores en el laboratorio de Neville Sanjana, PhD, en el Centro del Genoma de Nueva York y la Universidad de Nueva York han desarrollado un nuevo tipo de tecnología de pantalla CRISPR para apuntar al ARN.
Los investigadores capitalizaron una enzima CRISPR recientemente caracterizada llamada Cas13 que se dirige al ARN en lugar del ADN. Usando Cas13, diseñaron una plataforma optimizada para pantallas genéticas masivamente paralelas a nivel de ARN en células humanas. Esta tecnología de detección puede usarse para comprendermuchos aspectos de la regulación del ARN y para identificar la función de los ARN no codificantes, que son moléculas de ARN que se producen pero no codifican proteínas.
Al dirigirse a miles de sitios diferentes en transcripciones de ARN humano, los investigadores desarrollaron un modelo predictivo basado en aprendizaje automático para acelerar la identificación de los ARN guía Cas13 más efectivos. La nueva tecnología está disponible para los investigadores a través de un sitio web interactivo y una caja de herramientas de código abiertopara predecir eficiencias de ARN guía para objetivos de ARN personalizados y proporciona ARN guía prediseñados para todos los genes codificadores de proteínas humanas.
"Anticipamos que las enzimas Cas13 dirigidas al ARN tendrán un gran impacto en la biología molecular y las aplicaciones médicas, pero se sabe poco sobre el diseño de ARN guía para una alta eficacia de la orientación", dijo el Dr. Sanjana, autor principal del estudio ".se propuso cambiar eso a través de un estudio profundo y sistemático para desarrollar principios clave y modelos predictivos para el diseño de guía más eficaz ".
El Dr. Sanjana es miembro principal de la facultad en el Centro del Genoma de Nueva York, profesor asistente de biología en la Universidad de Nueva York y profesor asistente de neurociencia y fisiología en la Facultad de medicina de la Universidad de Nueva York.
las enzimas Cas13 son enzimas CRISPR Tipo VI repeticiones palindrómicas cortas agrupadas regularmente y espaciadas regularmente que recientemente han sido identificadas como proteínas programables dirigidas al ARN, dirigidas al ARN con actividad nucleasa que permite la eliminación del gen objetivo sin alterar el genoma. Esta propiedad hace que Cas13un terapéutico potencialmente significativo para influir en la expresión génica sin alterar permanentemente la secuencia del genoma.
"Este es el tipo de innovación tecnológica que fomentamos y desarrollamos en el Centro del Genoma de Nueva York. Esta última tecnología CRISPR del Sanjana Lab tiene implicaciones emocionantes para avanzar en los campos de la genómica y la medicina de precisión", dijo Tom Maniatis, PhD,Evnin Family Scientific Director y Director Ejecutivo, New York Genome Center.
El científico posdoctoral Hans-Hermann Wessels y el estudiante de doctorado Alejandro Méndez-Mancilla, coautores del estudio, desarrollaron un conjunto de nuevas herramientas basadas en Cas13 y realizaron un mosaico de transcripción y una pantalla de permutación en células de mamíferos. En total,los investigadores reunieron información para más de 24,000 guías de selección de ARN.
"Hicimos mosaicos de ARN guía a través de muchas transcripciones diferentes, incluidos varios genes humanos donde pudimos medir fácilmente la eliminación de transcripciones mediante tinción de anticuerpos y citometría de flujo", dijo el Dr. Wessels. "En el camino, descubrimos algunas ideas biológicas interesantes quepuede expandir la aplicación de las enzimas Cas13 dirigidas al ARN ". Entre los hallazgos del equipo, por ejemplo, se encuentran ideas sobre qué regiones del ARN guía son más importantes para el reconocimiento de un ARN objetivo. Usar miles de ARN guía con 1, 2 o 3desajustes de una sola letra a su ARN objetivo, identificaron una región crítica "semilla" que es extremadamente sensible a los desajustes entre la guía CRISPR y el objetivo. Este descubrimiento ayudará a los científicos a diseñar ARN guía para evitar la actividad fuera del objetivo en los ARN objetivo no intencionadosDado que una célula humana típica expresa aproximadamente 100.000 ARN, la focalización precisa de Cas13 de solo el objetivo previsto es vital para el cribado y las aplicaciones terapéuticas.
Además de ampliar nuestra comprensión de los objetivos fuera de Cas13, la región "semilla" podría usarse para biosensores de próxima generación que pueden discriminar con mayor precisión entre especies de ARN estrechamente relacionadas. En total, este estudio aumenta el número de puntos de datos deestudios anteriores de Cas13 en células de mamíferos en más de dos órdenes de magnitud.
"Estamos particularmente entusiasmados de usar el sistema de detección Cas13 optimizado para apuntar a los ARN no codificantes", dijo el coautor principal Méndez-Mancilla. "Esto amplía enormemente la caja de herramientas CRISPR para pantallas genéticas y transcriptómicas". En el estudio,los investigadores notaron una marcada diferencia en la eliminación de proteínas al apuntar a diferentes elementos codificantes y no codificadores de proteínas de los ARN mensajeros, y encontraron evidencia de que Cas13 compite con otras proteínas de unión a ARN involucradas en el procesamiento y empalme de transcripciones.
El equipo aprovechó recientemente su modelo predictivo de ARN guía para un análisis particularmente crítico: la emergencia de salud pública COVID-19 se debe a un coronavirus, que contiene un genoma de ARN, no de ADN. El uso del modelo derivado de supantallas paralelas, los investigadores han identificado ARN guía óptimos que podrían usarse para futuras aplicaciones de detección y terapéuticas.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Centro del genoma de Nueva York . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :