Los científicos han rediseñado un componente clave de una herramienta de edición de genes basada en CRISPR ampliamente utilizada, llamada Cas9, para que sea miles de veces menos probable que se dirija al tramo de ADN incorrecto y, al mismo tiempo, siga siendo tan eficiente como la versión original, lo que hace que sea potencialmentemucho más seguro.
Uno de los grandes desafíos con el uso de la edición de genes basada en CRISPR en humanos es que la maquinaria molecular a veces realiza cambios en la sección incorrecta del genoma de un huésped, creando la posibilidad de que un intento de reparar una mutación genética en un punto del genomapodría accidentalmentecrearuna nueva mutación peligrosa en otro.
Pero ahora, los científicos de la Universidad de Texas en Austin han rediseñado un componente clave de una herramienta de edición de genes basada en CRISPR ampliamente utilizada, llamada Cas9, para que sea miles de veces menos probable que se dirija al tramo equivocado de ADN mientras permanece solotan eficiente como la versión original, lo que la hace potencialmente mucho más segura. El trabajo se describe en un artículo publicado hoy en la revistaNaturaleza.
"Esto realmente podría cambiar las reglas del juego en términos de una aplicación más amplia de los sistemas CRISPR Cas en la edición de genes", dijo Kenneth Johnson, profesor de biociencias moleculares y coautor principal del estudio con David Taylor, profesor asistentede biociencias moleculares. Los coprimeros autores del artículo son los becarios postdoctorales Jack Bravo y Mu-Sen Liu.
Otros laboratorios han rediseñado Cas9 para reducir las interacciones fuera del objetivo, pero hasta ahora, todas estas versiones mejoran la precisión al sacrificar la velocidad. SuperFi-Cas9, como se ha denominado esta nueva versión, tiene 4000 veces menos probabilidades de cortar los sitios fuera del objetivopero tan rápido como el Cas9 natural. Bravo dice que puede pensar en las diferentes versiones generadas en laboratorio de Cas9 como diferentes modelos de autos autónomos. La mayoría de los modelos son realmente seguros, pero tienen una velocidad máxima de 10 millas por hora.
"Son más seguros que el Cas9 natural, pero tienen un alto costo: van extremadamente lentos", dijo Bravo. "SuperFi-Cas9 es como un auto sin conductor que ha sido diseñado para ser extremadamenteseguro, pero todavía puede ir a toda velocidad".
Hasta ahora, los investigadores han demostrado el uso de SuperFi-Cas9 en el ADN en tubos de ensayo. Ahora están colaborando con otros investigadores que planean probar SuperFi-Cas9 para la edición de genes en células vivas. También están trabajando para desarrollarversiones aún más seguras y activas de Cas9.
Las herramientas de edición de genes basadas en CRISPR están adaptadas de los sistemas naturales de las bacterias. En la naturaleza, una proteína Cas9 flota en el medio ambiente, buscando ADN con una secuencia muy específica de 20 letras, como la X en un mapa pirata queindica "cavar aquí". A veces, cuando la mayoría de las letras son correctas, excepto las de los puntos 18 a 20, Cas9 sigue adelante y se clava. Esto se denomina falta de coincidencia y puede tener consecuencias desastrosas en la edición de genes.
Taylor y Johnson desarrollaron una técnica llamada determinación de estructura guiada por cinética que utilizó un microscopio crioelectrónico en el Laboratorio de Biología Estructural de Sauer para tomar instantáneas de Cas9 en acción mientras interactuaba con este ADN no coincidente.
Se sorprendieron al descubrir que cuando Cas9 encuentra este tipo de desajuste en las posiciones 18 a 20, en lugar de darse por vencido y seguir adelante, tiene una estructura similar a un dedo que se precipita y se aferra al ADN, haciéndolo actuar comosi fuera la secuencia correcta. Normalmente, una falta de coincidencia deja el ADN un poco flojo; esta estructura similar a un dedo lo estabiliza.
"Es como si tuvieras una silla y una de las patas se rompiera y la unieras con cinta adhesiva de nuevo", dijo Bravo. "Aún podría funcionar como una silla, pero podría tambalearse un poco. Es unarreglo bastante sucio."
Sin esa estabilidad adicional en el ADN, Cas9 no toma los otros pasos necesarios para cortar el ADN y hacer ediciones. Nadie había observado este dedo extra haciendo esta estabilización antes.
"Esto fue algo que nunca, en un millón de años, imaginé en mi mente que habría sucedido", dijo Taylor.
Con base en esta idea, rediseñaron el dedo adicional en Cas9 para que, en lugar de estabilizar la parte del ADN que contiene la falta de coincidencia, el dedo se aleje del ADN, lo que evita que Cas9 continúe con el proceso de cortar y editar elADN. El resultado es SuperFi-Cas9, una proteína que corta el objetivo correcto tan fácilmente como el Cas9 natural, pero es mucho menos probable que corte el objetivo equivocado.
Otros autores son Grace Hibshman, Tyler Dangerfield, Kyungseok Jung y Ryan McCool, también de la Universidad de Texas en Austin.
Bravo, Liu, Hibshman, Dangerfield, Johnson y Taylor son inventores de una solicitud de patente que cubre diseños novedosos de Cas9 basados en este trabajo. La Oficina de Comercialización de Tecnología de UT Austin está administrando la propiedad intelectual y trabajando para encontrar socios de la industria que puedan ayudar a realizarel gran potencial de la tecnología.
Este trabajo fue apoyado en parte por la Fundación Welch y la Fundación Robert J. Kleberg, Jr. y Helen C. Kleberg. Taylor es una becaria de CPRIT apoyada por el Instituto de Investigación y Prevención del Cáncer de Texas. Taylor también cuenta con el apoyo de laDavid Taylor Excellence Fund in Structural Biology, posible gracias al apoyo de Judy y Henry Sauer.
Fuente de la historia:
Materiales proporcionado por Universidad de Texas en Austin. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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