I ricercatori scoprono un grave effetto collaterale nell’uso delle forbici genetiche Crispr-Cas. Una molecola che dovrebbe rendere il processo più efficiente distrugge aree del genoma.
L’editing del genoma con vari complessi molecolari Crispr-Cas ha fatto rapidi progressi negli ultimi anni. Centinaia di laboratori in tutto il mondo stanno lavorando per rendere questi strumenti utilizzabili per applicazioni cliniche e li stanno sviluppando costantemente.
Gli strumenti Crispr-Cas consentono ai ricercatori di modificare singoli blocchi di materiale genetico in modo preciso e mirato. Le terapie geniche basate su questo tipo di editing genico possono già essere utilizzate per trattare malattie ereditarie, combattere il cancro o produrre colture resistenti alla siccità e al calore.
Iniziare la riparazione
Gli scienziati di tutto il mondo lavorano più spesso con il complesso molecolare Crispr-Cas9, noto anche come forbice genica. Questo complesso molecolare taglia il doppio filamento di DNA nel punto esatto in cui il materiale genetico deve essere alterato. Ciò è in contrasto con i più recenti metodi di editing genico in cui il doppio filamento non viene tagliato. Il taglio attiva due meccanismi naturali di riparazione con cui la cellula ripara tali danni: uno veloce ma impreciso, in cui vengono ricongiunte solo le estremità del DNA tagliato, e uno lento e preciso, che è lento e accurato ma non viene attivato in ogni caso. Quest’ultima richiede un modello copiabile per la riparazione, al fine di ripristinare con precisione il DNA nel punto di taglio.
La variante lenta è chiamata riparazione diretta dall’omologia. I ricercatori vogliono utilizzare questa via di riparazione perché consente di inserire con precisione singoli segmenti di DNA in una regione genetica desiderata. L’approccio è molto flessibile ed è adatto alla riparazione di vari geni di malattie. "In pratica, si può usare per curare qualsiasi malattia", afferma Jacob Corn, professore di biologia del genoma al Politecnico di Zurigo.
Maggiore efficienza grazie a una molecola aggiuntiva
Per indurre la cellula a iniziare la riparazione diretta dall’omologia, i ricercatori hanno recentemente iniziato a utilizzare una molecola chiamata AZD7648, che blocca la riparazione rapida e costringe la cellula a utilizzare la riparazione diretta dall’omologia. Questo approccio dovrebbe accelerare lo sviluppo di terapie geniche più efficienti. Gli studi iniziali condotti su queste nuove terapie sono stati buoni. Troppo buoni per essere veri, come si è scoperto ora.
Il gruppo di ricerca di Corn ha appena scoperto che l’uso di AZD7648 ha gravi effetti collaterali. Lo studio corrispondente è stato appena pubblicato sulla rivista scientifica Nature Biotechnology.
Cambiamenti genetici massicci
Come si sperava, l’AZD7648 promuove il processo di riparazione precisa e quindi l’editing genico preciso con il sistema Crispr-Cas9. Tuttavia, in una percentuale significativa di cellule, ciò ha portato a massicce modifiche genetiche in una parte del genoma che ci si aspettava fosse alterata senza cicatrici. I ricercatori hanno scoperto che questi cambiamenti hanno portato alla semplice cancellazione di migliaia e migliaia di elementi costitutivi del DNA, noti come basi. Anche interi bracci di cromosomi si staccano. Ciò rende il genoma instabile, con conseguenze imprevedibili per le cellule modificate con questa tecnica.
"Quando abbiamo analizzato le parti del genoma in cui era stato modificato, il risultato è stato corretto e preciso. Ma quando abbiamo analizzato il genoma su un’area più ampia, abbiamo notato enormi cambiamenti genetici. Non si notano se si analizza solo la breve sezione modificata e le sue immediate vicinanze", afferma Grégoire Cullot, postdoc nel gruppo di Corn e primo autore dello studio.
Grande estensione del danno
L’entità degli effetti negativi ha sorpreso i ricercatori. Essi ipotizzano addirittura di non avere ancora una visione completa dell’intera portata, poiché nelle loro analisi delle cellule alterate non hanno esaminato l’intero genoma, ma solo aree parziali. Sono quindi necessari nuovi metodi di prova, procedure e normative per chiarire l’entità del danno e il suo potenziale.
La molecola AZD7648 non è sconosciuta. È attualmente in fase di sperimentazione clinica come potenziale terapia antitumorale.
"Esortiamo alla cautela nell’uso di questa molecola per l’editing del genoma. Sono necessari test su larga scala per scoprire come il genoma reagisce all’editing con questa molecola".
Ma come hanno fatto i ricercatori a rendersi conto del problema? In altri studi, i ricercatori hanno dimostrato come l’editing genico Crispr-Cas9 sia altamente efficace e preciso quando viene aggiunto l’AZD7648. "Questo ci ha insospettito, così abbiamo dato un’occhiata più da vicino", dice Jacob Corn.
I ricercatori hanno quindi analizzato la sequenza dei blocchi di DNA non solo intorno al sito modificato, ma anche nell’ambiente circostante. In questo modo hanno scoperto gli effetti collaterali indesiderati e catastrofici causati dall’uso dell’AZD7648 e il loro studio è il primo a descriverli. Anche altri gruppi di ricerca li hanno analizzati e sostengono i risultati dei ricercatori. I ricercatori pubblicheranno anche i loro risultati. "Siamo i primi a dire che non è tutto meraviglioso", afferma Corn. "Per noi è un’amara battuta d’arresto perché, come altri scienziati, speravamo di poter utilizzare la nuova tecnologia per accelerare lo sviluppo delle terapie geniche".
L’inizio di qualcosa di nuovo
Tuttavia, secondo Corn, questa non è la fine, ma l’inizio di ulteriori progressi nell’editing genico con le tecniche Crispr-Cas. "Lo sviluppo di qualsiasi nuova tecnologia è un percorso accidentato. Un inciampo non significa rinunciare alla tecnologia".
In futuro potrebbe essere possibile scongiurare il pericolo utilizzando non una sola molecola per favorire la riparazione diretta all’omologia, ma un cocktail di sostanze diverse. "Ci sono molti possibili candidati. Ora dobbiamo scoprire di quali componenti deve essere composto tale cocktail per non danneggiare il genoma".
Le terapie geniche basate sul sistema Crispr-Cas sono già state applicate con successo in clinica. Negli ultimi anni, ad esempio, 100 pazienti affetti dalla malattia ereditaria dell’anemia falciforme sono stati trattati con terapie basate sul sistema Crispr-Cas, all’epoca senza AZD7648. Tutti i pazienti sono stati considerati guariti e non hanno avuto effetti collaterali", afferma Corn. "Sono quindi ottimista sul fatto che queste terapie geniche si affermeranno. La questione è piuttosto quale sia la strada giusta e di cosa abbiamo bisogno per rendere la tecnologia sicura da usare per il maggior numero possibile di pazienti."
Riferimento alla letteratura
Cullot G, Aird EJ, Schlapansky MF et al. L’editing del genoma con l’inibitore della DNA-PKcs AZD7648, che favorisce l’HDR, causa alterazioni genomiche su larga scala. Nat Biotechnol (2024). doi:10.1038/s41587’024 -02488-6
