‘CRISPR’ activado por la luz activa la edición genética de precisión y la reparación ultrarrápida del ADN
Crédito: CC0 Public Domain
En una serie de experimentos con líneas celulares de cáncer humano, los científicos de Johns Hopkins Medicine dicen que han utilizado con éxito la luz como un disparador para hacer cortes precisos en material genómico rápidamente, utilizando un bisturí molecular conocido como CRISPR, y observar cómo proteínas celulares especializadas reparan el lugar exacto donde se cortó el gen.
Los resultados de los experimentos, publicados el 11 de junio en Science, no solo revelan nuevos detalles sobre el proceso de reparación del ADN, sino que, según los investigadores, también es probable que aceleren y ayuden a comprender la actividad del ADN que normalmente causa el envejecimiento y muchas cánceres.
«Nuestro nuevo sistema de edición de genes permite el corte de ADN específico segundos después de la activación. Con las tecnologías anteriores, la edición de genes podría llevar mucho más tiempo, incluso horas», dice la becaria posdoctoral Yang Liu, Ph.D., miembro del equipo de investigación de Johns Hopkins Medicine.
En los últimos años, la poderosa herramienta CRISPR ha permitido a los científicos cambiar o «editar» fácilmente secuencias de ADN y alterar funciones genéticas para acelerar el ritmo de la investigación. en condiciones vinculadas a genes.
Adaptado de un sistema de edición de genes que se encuentra naturalmente en las bacterias, CRISPR utiliza pequeñas secuencias de material genético llamado ARN como una especie de guía que está codificada para coincidir y unirse a una secuencia específica del ADN genómico dentro de una célula. La molécula CRISPR también contiene una enzima llamada Cas9, que actúa como bisturí para cortar la secuencia de ADN. Luego, la célula usa sus propias enzimas y proteínas para reparar el ADN cortado, a menudo agregando secuencias de ADN que los científicos introducen en la célula.
Liu dice que el estudio del proceso de reparación del ADN se ha visto obstaculizado por la incapacidad de dañar el ADN, como mediante el uso de CRISPR, de una manera rápida, precisa y «bajo demanda».
Para los nuevos experimentos, los científicos modificaron el complejo CRISPR-Cas9 mediante la ingeniería de una molécula de ARN sensible a la luz que permite que el complejo CRISPR corte el ADN genómico en células vivas solo cuando se exponen a una longitud de onda de luz particular.
«La ventaja de nuestra técnica es que los investigadores pueden hacer que la maquinaria CRISPR encuentre su objetivo sin cortar prematuramente el gen, reteniendo su acción hasta que se expone a la luz», dice Johns Hopkins MD-Ph.D. candidato Roger Zou, también miembro del equipo de investigación. «Esto permite a los investigadores tener mucho más control sobre exactamente dónde y cuándo se corta el ADN», agrega.
Otros equipos de investigación han experimentado tanto con medicamentos como con activación de luz para controlar el tiempo de CRISPR, dice Taekjip Ha, Ph.D., Profesor Distinguido Bloomberg de Biofísica y Química Biofísica, Biofísica e Ingeniería Biomédica en la Universidad Johns Hopkins, e investigador del Instituto Médico Howard Hughes. Los experimentos de su equipo se diferencian en mejorar la sincronización precisa de los cortes CRISPR y examinar la rapidez con que las proteínas reparan el daño del ADN.
Para el estudio actual, el equipo de Johns Hopkins, dirigido por Ha y Bin Wu, Ph.D. , profesor asistente de biofísica y química biofísica en la Facultad de Medicina de la Universidad Johns Hopkins, entregó un pulso eléctrico a cultivos de células de riñón embrionario humano y células de cáncer de hueso, lo que abrió poros en la membrana celular y permitió que el complejo CRISPR con el activado por luz Molécula de ARN para deslizarse en las células. Luego, los científicos esperaron 12 horas para que el complejo CRISPR se uniera a un punto específico en el ADN genómico.
Cuando iluminaron las células, rastrearon la cantidad de tiempo que tardó el complejo CRISPR. para hacer el corte.
El equipo encontró que dentro de los 30 segundos de hacer brillar la luz sobre las células, el complejo CRISPR había cortado más del 50 por ciento de sus objetivos.
Para examinar más a fondo En el momento de la reparación del ADN, los científicos de Johns Hopkins rastrearon cuándo las proteínas involucradas en la reparación del ADN se adhirieron a los cortes de ADN. Determinaron que las proteínas de reparación comenzaron su trabajo dentro de los dos minutos posteriores a la activación de CRISPR, y la reparación se completó tan pronto como 15 minutos después.
«Hemos demostrado que el corte de genes activado por la luz es muy rápido y tiene aplicaciones potencialmente amplias en la investigación biomédica». dice Ja. «Revelar el momento de los cortes de genes CRISPR nos permite ver los procesos biológicos con mucha más precisión». Ha y el equipo de Johns Hopkins han denominado a la técnica «CRISPR muy rápido bajo demanda».
Ha también señaló que la activación por luz ofrece un mejor control de la ubicación que los medicamentos que pueden difundirse ampliamente en la célula.
El equipo de Johns Hopkins también usó microscopios de alta resolución para «ver» cómo las proteínas de reparación interactúan con el sitio de corte CRISPR en las células vivas.
Usaron estos microscopios y un haz de luz enfocado para demostrar que podrían activar el corte CRISPR de una de las dos copias de genes que normalmente se encuentran en las células humanas. Esta capacidad, dicen, ofrece oportunidades para usar CRISPR para estudiar y eventualmente tratar condiciones vinculadas a una sola copia anormal del gen, como la enfermedad de Huntington.
«Existe una gran comunidad de investigación interesada en estudiar el daño del ADN y su impacto», dice Ha. «La tecnología que desarrollamos es muy adecuada para estudiar eso».
Ha señala que los científicos generalmente usan radiación ionizante o productos químicos para estudiar el daño del ADN. Si bien esos métodos también pueden ser rápidos, dice, no son específicos de una determinada ubicación genómica.
El equipo ha presentado una patente provisional sobre la tecnología CRISPR descrita en esta investigación.
Explore más
Uso de la luz para acelerar la edición de genes CRISPR-Cas9 Más información: Yang Liu et al. CRISPR muy rápido bajo demanda, Science (2020). DOI: 10.1126/science.aay8204 Información de la revista: Science
Proporcionado por la Facultad de Medicina de la Universidad Johns Hopkins Cita: ‘CRISPR’ activado por luz activa la edición genética de precisión y reparación súper rápida de ADN (2020, 17 de junio) consultado el 31 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2020-06-light-activated-crispr-triggers-precision-gene.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.