Scoperti due nuovi metodi di correzione di bozze per modificare il DNA

La scrittura segreta del DNA è scritta in un codice (il codice genetico) costituito da 64 triplette ovvero combinazioni di 4 lettere (A,G,C,T) o nucleotidi. Queste triplette vengono anche chiamate codoni. Ogni codone con tre sole eccezioni, codifica per uno dei 20 aminoacidi utilizzati nella sintesi delle proteine. Gli scienziati sono in grado di leggere il codice genetico di molti viventi e definire su questa base la natura di molte malattie umane. Da qualche anno è possibile anche modificare il codice genetico, e quindi sostituire anche singole lettere delle triplette. Il processo si basa su un metodo “taglia e cuci” che necessita quindi del taglio (eliminazione di una o più triplette) e loro sostituzione con nuove triplette appositamente preparate in provetta. Sebbene efficiente, il processo rimane comunque complesso e richiede più passaggi biochimici.

Due gruppi di ricerca statunitensi, hanno adesso pubblicato due nuovi metodi di modificazione del codice genetico basati sulla sostituzione di una singola base della tripletta come un “cancellino e una matita”. Il primo, si chiama ABE da Adenine Base Editor ed è effettuato direttamente nel DNA utilizzando un enzima, la tRNA adenosina deaminasi che agisce sulla sequenza genomica quando fusa a una forma inattivata di CRISPR-Cas9 (il metodo classico di editing genomico) . Il cambiamento si basa sulla deaminazione (eliminazione di un gruppo chimico) della Citosina, per determinare un cambiamento C->T e quindi la trasformazione della lettera C in T. Questo potrebbe essere molto utile perché in molte malattie genetiche la mutazione riguarda proprio la sostituzione C>T. La modificazione è irreversibile, permanente e introduce mutazioni puntiformi in modo più efficiente e preciso dell’approccio che correntemente viene usato della nucleasi Cas9, senza indurre danni né rotture. Questa versione di ABE è ormai alla settima generazione e allarga lo spettro di nucleotidi che possono essere modificati all’interno del DNA genomico con un rischio trascurabile di modificazioni off-target cioè di cancellazioni non voluti su punti diversi del genoma.

Come funziona il sistema REPAIR

Il secondo sistema invece si basa sulla correzione di una molecola di RNA senza modificare il genoma (DNA). Quindi agisce a valle, sul messaggero del codice genetico. È un sistema modificato di CRISPR-Cas che modifica singoli nucleotidi direttamente nella molecola di RNA trasformando la A in G. Si chiama REPAIR, da RNA Editing for Programmable A to I Replacement. Il sistema che si basa su un enzima la RNAsi Cas13 cataliticamente inattiva che modifica l’adenosina in inosina. Le mutazioni puntiformi G>A sono molto comuni nel genoma umano e sono la causa di diverse patologie. REPAIR è un sistema reversibile (RNA si degrada), altamente specifico, che viene trasdotto mediante sistemi virali e non causa cambiamenti irreversibili. La natura temporanea e reversibile dell’approccio REPAIR permette il suo utilizzo per il trattamento di patologie causate da cambiamenti temporanei cellulari come l’infiammazione locale o ancor di più per modificare la funzione delle proteine coinvolte nella trasduzione del segnale associata a malattie. Un esempio è la possibilità di aumentare la traduzione di amminoacidi quali serine, treonine e tirosine che sono il bersaglio cellulare di chinasi. La fosforilazione di questi siti amminoacidici nelle proteine coinvolte nelle malattie altera la progressione di alcune patologie neurodegenerative quali l’Alzheimer.

REPAIR apre la strada a tantissime applicazioni nel campo della ricerca, della diagnostica e delle biotecnologie

I due approcci sono molto differenti: anche se entrambe altamente specifici, ABE potenzia i sistemi di gene editing tradizionali permettendo cambiamenti ormai mirati al singolo nucleotide del DNA. Non causa nessun aspecifico né modificazioni non desiderate. Il cambiamento del nucleotide avviene modificando la sua struttura chimica e quindi non sono necessari tagli né danni al DNA che possono causare aspecifici indesiderati.

L’approccio REPAIR invece essendo reversibile e temporaneo nella cellula è molto utile per approcci di RNA knockdown, fornendo le basi di nuovi strumenti utili alla comprensione della funzione che svolgono alcuni geni nella cellula, il ruolo di RNA non codificanti, le cui funzioni sono ad oggi sconosciute, e ancora più interessante per modulare e interpretare a livello trascrizionale molti passaggi che controllano importanti processi cellulari

Naturalmente ancora è lunga la strada per applicarla ai pazienti dobbiamo trovare il modo per effettuare le modifiche nelle cellule in quantità giusta nel momento giusto e soprattutto con quale vettore mandiamo la “penna, la matita e la gomma per cancellare” nel nostro DNA.