Un nuevo tipo de tecnología CRISPR para atacar el ARN, incluyendo virus de ARN como el coronavirus
Las pruebas genéticas basadas en CRISPR han ayudado a los científicos a identificar los genes que juegan un papel clave en la anemia falciforme, la inmunoterapia del cáncer, la metástasis del cáncer de pulmón y muchas otras enfermedades. Sin embargo, estas pruebas genéticas tienen un alcance limitado: Sólo pueden editar o dirigirse al ADN. Para muchas regiones del genoma humano, la selección del ADN puede no ser eficaz, y otros organismos, como los virus de ARN como el coronavirus o la gripe, no pueden ser seleccionados en absoluto con las actuales pruebas CRISPR de selección de ADN.
Enzimas de Cas13 viajando a lo largo de un paisaje de ARN.
New York Genome Center
Ahora, en un nuevo e importante recurso para la comunidad científica publicado en Nature Biotechnology, los investigadores del laboratorio del Dr. Neville Sanjana, del Centro del Genoma de Nueva York y de la Universidad de Nueva York han desarrollado un nuevo tipo de tecnología de cribado CRISPR para detectar ARN.
Los investigadores sacaron provecho de una enzima CRISPR recientemente caracterizada, llamada Cas13, que se dirige al ARN en lugar del ADN. Usando Cas13, diseñaron una plataforma optimizada para realizar pruebas genéticas paralelas masivas a nivel de ARN en células humanas. Esta tecnología de cribado puede utilizarse para comprender muchos aspectos de la regulación del ARN e identificar la función de los ARN no codificantes, que son moléculas de ARN que se producen pero no codifican para las proteínas.
Al apuntar a miles de sitios diferentes en las transcripciones de ARN humano, los investigadores desarrollaron un modelo predictivo basado en el aprendizaje mecánico para acelerar la identificación de los ARN guía de Cas13 más eficaces. La nueva tecnología está a disposición de los investigadores a través de un sitio web interactivo y una caja de herramientas de código abierto para predecir las eficiencias del ARN guía para objetivos de ARN personalizados y proporciona ARN guía prediseñados para todos los genes que codifican proteínas humanas.
"Anticipamos que las enzimas de Cas13 dirigidas al ARN tendrán un gran impacto en la biología molecular y en las aplicaciones médicas, aunque se sabe poco sobre el diseño de ARN guía para una alta eficacia de orientación", dijo el Dr. Sanjana, autor principal del estudio. "Nos propusimos cambiar eso a través de un estudio profundo y sistemático para desarrollar principios clave y modelos predictivos para un diseño de guía más eficaz".
El Dr. Sanjana es miembro del núcleo de la facultad del Centro del Genoma de Nueva York, profesor adjunto de biología en la Universidad de Nueva York y profesor adjunto de neurociencia y fisiología en la Facultad de Medicina de la Universidad de Nueva York.
Las enzimas Cas13 son enzimas CRISPR de tipo VI (agrupadas en repeticiones palindrómicas cortas espaciadas regularmente) que se han identificado recientemente como proteínas programables guiadas por ARN, dirigidas al ARN con actividad de nucleación que permite la destrucción del gen diana sin alterar el genoma. Esta propiedad hace que el Cas13 sea un terapéutico potencialmente significativo para influir en la expresión de los genes 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 Laboratorio Sanjana tiene implicaciones emocionantes para avanzar en los campos de la genómica y la medicina de precisión", dijo Tom Maniatis, PhD, Director Científico de la Familia Evnin y Director Ejecutivo del Centro del Genoma de Nueva York.
El científico posdoctoral Hans-Hermann Wessels y el estudiante de doctorado Alejandro Méndez-Mancilla, que son co-autores del estudio, desarrollaron un conjunto de nuevas herramientas basadas en el Cas13 y realizaron una transcripción de la pantalla de mosaico y permutación en las células de mamíferos. En total, los investigadores reunieron información para más de 24.000 guías de objetivos de ARN.
"Hemos colocado azulejos de ARN guía a través de muchas transcripciones diferentes, incluyendo varios genes humanos en los que podíamos medir fácilmente la reducción de la transcripción mediante tinción de anticuerpos y citometría de flujo", dijo el Dr. Wessels. "A lo largo del camino, descubrimos algunas ideas biológicas interesantes que pueden expandir la aplicación de las enzimas Cas13 dirigidas al ARN". Entre los hallazgos del equipo, por ejemplo, están las ideas sobre qué regiones del ARN guía son más importantes para el reconocimiento de un ARN objetivo. Utilizando miles de ARN guía con desajustes de 1, 2 ó 3 letras simples con su ARN objetivo, identificaron una región "semilla" crítica que es exquisitamente 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 ARNs objetivo no deseados. Dado que una célula humana típica expresa aproximadamente 100.000 ARNs, la selección precisa de Cas13 de sólo el objetivo previsto es vital para la detección y las aplicaciones terapéuticas.
Además de mejorar nuestra comprensión de los objetivos de desviación de Cas13, la región de la "semilla" podría utilizarse para la próxima generación de biosensores que pueden discriminar con mayor precisión entre especies de ARN estrechamente relacionadas. En total, este estudio aumenta el número de puntos de datos de estudios previos de Cas13 en células de mamíferos en más de dos órdenes de magnitud.
"Estamos particularmente entusiasmados con el uso del sistema optimizado de detección de Cas13 para dirigirse a los ARN no codificantes", dijo su colega co-autor Méndez-Mancilla. "Esto expande enormemente la caja de herramientas de CRISPR para las pruebas genéticas y transcriptómicas futuras". En el estudio, los investigadores notaron una marcada diferencia en la reducción de proteínas cuando se dirigen a diferentes elementos codificantes y no codificantes de ARN mensajero, y encontraron evidencia de que el Cas13 compite con otras proteínas de unión al ARN involucradas en el procesamiento y empalme de transcripción.
El equipo recientemente aprovechó su modelo guía de predicción de ARN para un análisis particularmente crítico: La emergencia de salud pública de COVID-19 se debe a un coronavirus, que contiene un genoma de ARN - no de ADN. Utilizando el modelo derivado de sus pruebas paralelas masivas, los investigadores han identificado ARN guía óptimos que podrían utilizarse para futuras aplicaciones de detección y terapéuticas.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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