O enzimă CRISPR recent descoperită reacționează la metilarea ADN-ului uman
Celulele canceroase sunt capabile să evite detectarea, însă diferențele chimice subtile le deosebesc de celulele sănătoase.
Acum, o echipă de oameni de știință de la Wageningen University & Research și Van Andel Institute a identificat o metodă de a exploata această distincție. Folosind o variantă a CRISPR, un instrument modern pentru editarea ADN-ului, au reușit să deosebească ADN-ul tumoral de cel sănătos și să taie selectiv doar pe cel din urmă. Studiul, publicat astăzi în revista Nature, reprezintă un pas timpuriu, dar promițător, spre o terapie împotriva cancerului care vizează și distruge celulele tumorale cu o precizie ridicată.
Noua metodă se bazează pe grupuri metil, mici etichete chimice atașate la ADN care reglează activitatea genelor. Acest proces, numit metilare ADN, este alterat în celulele canceroase și poate acționa ca o „amprentă moleculară” care diferențiază celulele maligne de cele sănătoase.
Echipa a realizat studiul folosind ThermoCas9, o variantă CRISPR descoperită în bacterii cu câțiva ani în urmă de John van der Oost de la Wageningen. Ca și alte sisteme CRISPR, cercetătorii pot programa ThermoCas9 să localizeze și să taie secțiuni specifice de ADN dintr-o celulă. Echipa de la VAI, condusă de Hong Li, a analizat structura ThermoCas9 și a descoperit că aceasta poate distinge între genele nemetilate și cele metilate.
Astfel, ThermoCas9 a fost introdus în celule umane cultivate în plăci de cultură: celule sănătoase în seturi separate de plăci și celule tumorale în altele. Această abordare a funcționat: ThermoCas9 a tăiat ADN-ul în celulele tumorale, lăsând intact ADN-ul sănătos. Sistemul s-a dovedit, așadar, capabil să detecteze diferențele chimice subtile dintre celulele sănătoase și cele tumorale și să acționeze pe baza acestora.
ThermoCas9 este prima enzimă asociată cu CRISPR care răspunde la diferențele în cel mai abundent tip de metilare ADN din celulele umane și alte eucariote. Aceasta înseamnă că acum avem un sistem pe care îl putem viza în mod specific către celulele tumorale.
„ThermoCas9 folosește metilarea ca pe o adresă pentru a viza cu precizie celulele canceroase, lăsând celulele sănătoase neafectate”, a declarat Li. „Descoperirile ar putea schimba regulile jocului.”
Explicația comportamentului selectiv al ThermoCas9 se află în modul în care se leagă de ADN. Înainte ca un sistem CRISPR să taie ADN-ul, acesta trebuie să se atașeze mai întâi de o secvență scurtă de recunoaștere situată lângă ținta sa, cunoscută sub numele de PAM (Protospacer Adjacent Motif). ThermoCas9 este unic prin faptul că secvența sa PAM include un site de metilare uman, ceea ce înseamnă că poate conține un grup metil.
„Sistemul CRISPR se leagă foarte precis de acest cod de recunoaștere”, a explicat Van der Oost.
„Comparativ, este ca o șurubelniță care se potrivește perfect într-un cap de șurub corespunzător. Dacă există o proeminență în interiorul canelurii, șurubelnița nu se mai potrivește și nu poate îndeplini sarcina. În același mod, un grup metil perturbă potrivirea dintre ThermoCas9 și ADN, împiedicând legarea și lăsând secvența ADN-ului neatinsă.”
„ThermoCas9 este un exemplu perfect al valorii cercetării fundamentale; trebuie să înțelegem cum funcționează aceste piese individuale împreună”, a adăugat Li. „Am folosit biochimie și biologie structurală pentru a descoperi un mecanism care, sperăm, va duce într-o zi la tratamente mai precise și eficiente împotriva cancerului.”
Există încă un drum lung de parcurs înainte ca tehnologia să poată fi tradusă într-un tratament potențial pentru cancer. Studiul nou demonstrează cleavarea selectivă a ADN-ului, dar nu arată încă că acest efect poate distruge celulele tumorale. Următorul pas se concentrează pe deteriorarea ADN-ului tumoral suficient pentru a declanșa moartea celulară.
Modelele de metilare aberante joacă, de asemenea, un rol în multe alte boli, inclusiv în cancerul pediatric, cum ar fi neuroblastomul, și în tulburări autoimune. În viitor, ThermoCas9 sau un instrument CRISPR similar ar putea evolua într-o strategie moleculară versatilă care recunoaște celulele bolnave prin „semnătura” lor chimică și le dezactivează selectiv.
