Tecnologia Científica

Editar genes com precisão em células vivas significa lutar contra nós no DNA
Os novos insights estão em um estudo publicado hoje na revista Science Advances .
Por Esther Robards-Forbes - 10/03/2021


Imagem 3D da enzima Cas9 CRISPR (à esquerda) e um nucleossomo, uma estrutura de DNA envolvida em uma proteína. Crédito: Universidade do Texas em Austin

A edição de genes com enzimas CRISPR dentro de células vivas pode se tornar mais eficaz e precisa depois que pesquisadores da Universidade do Texas em Austin revelaram como o funcionamento interno pode ajudar ou atrapalhar o processo.

Os novos insights estão em um estudo publicado hoje na revista Science Advances .

Um dos desafios de editar DNA dentro de células vivas é que existem 2 metros de DNA em um núcleo celular microscópico - aproximadamente o equivalente ao comprimento do pescoço de uma girafa de informações armazenadas em um espaço do tamanho de um esporo de pólen. Um sistema organizacional complexo de densas torções, envoltórios e dobras faz com que tudo se encaixe.

A técnica de edição de genes CRISPR possui um enorme potencial para melhorar a saúde humana , a agricultura e o futuro das pessoas no planeta, mas os desafios estão na natureza delicada da edição de genes, onde quase não há espaço para erros. Diferentes enzimas CRISPR realizam edições de genes agindo como uma tesoura, cortando sequências de DNA alvo para desencadear a remoção da sequência original ou, às vezes, a adição de novo DNA. Mas, nas células dos seres vivos, a sequência alvo deve ser alcançada dentro desses nós de DNA compactados, apresentando um desafio.

Dentro das células, a maior parte do DNA é envolvida em bolas de proteínas para formar estruturas chamadas nucleossomos. Os nucleossomos podem proteger o DNA dos efeitos nocivos dos perigos ambientais, como a radiação, mas também representam um obstáculo para a edição de genes. O autor correspondente, Rick Russell, e sua equipe descobriram que era possível direcionar as sequências de DNA de forma mais eficaz nos espaços entre os nucleossomos.

"Esta é uma informação importante porque nos mostra as áreas que devemos almejar para edição", disse Isabel Strohkendl, uma estudante de pós-graduação no Departamento de Biociências Moleculares da UT Austin e autora principal do artigo.

Tão importante quanto, os pesquisadores descobriram onde a edição de genes tinha mais probabilidade de dar errado enquanto experimentavam um tipo de enzima CRISPR conhecida como CRISPR-Cas12a.

"Na verdade, encontramos evidências de que, quando uma sequência de DNA alvo está dentro de um nucleossomo , a enzima Cas12a tem mais probabilidade de editar uma sequência semelhante, mas não idêntica, em porções mais fáceis de acessar do genoma do que a sequência alvo dentro do nucleossomo, "disse Rick Russell, professor de biociências moleculares.
 
Por outro lado, as sequências de DNA nos espaços entre os nucleossomos permaneceram disponíveis, mesmo em uma forma altamente condensada de nucleossomos que lembra as dobras e curvas do DNA encontradas no interior das células.

Para ver se havia uma maneira de mudar as estruturas dos nucleossomos para que as sequências-alvo dentro delas pudessem ser acessadas, a equipe foi uma das primeiras a usar experimentos bioquímicos (em oposição a experimentos indiretos em células ) para chegar à resposta.

"Uma vez que visualizamos a natureza 3D dessas estruturas, fomos capazes de entender que se direcionarmos uma enzima para um lado do nucleossomo, ela pode atrapalhar os contatos do DNA do outro lado do nucleossomo", disse Strohkendl. "Essa estratégia fornece potencialmente algum acesso a esses sites."

Fatema A. Saifuddin e Ilya Finkelstein da UT Austin, junto com Bryan A. Gibson e Michael K. Rosen do University of Texas Southwestern Medical Center também contribuíram para a pesquisa. O financiamento da pesquisa foi fornecido pelo National Institutes of Health, a Welch Foundation e o Allen Foundation Distinguished Investigator Award.

 

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