“KaryoCreate: A CRISPR-based technology to study chromosome-specific aneuploidy by targeting human centromeres” è l’articolo uscito sulla rivista Cell a firma, fra gli altri, di Simona Giunta, biologa presso il dipartimento  di biologia e biotecnologie “Charles Darwin” della Sapienza. Ma che cos’è questa particolare tecnica di genome editing?

KaryoCreate è l’acronimo di karyotype CRISPR-engineered aneuploidy technology. Si tratta di una tecnica di genome editing che si ricollega all’ormai noto sistema batterico CRISPR, la cui ingegnerizzazione ha fruttato il Nobel per la chimica 2020 a Emmanuelle Charpentier e Jennifer A. Doudna. Il frutto della loro ricerca, la messa a punto del CRISPR/Cas9, ha rivoluzionato l’ingegneria genetica moderna, che è oggi in grado di generare mutazioni di singoli nucleotidi in maniera “balistica”, con grande precisione. 

Per KaryoCreate l’approccio è diverso: partiamo dall’acronimo. Per cariotipo si indica il patrimonio cromosomico di una specie, considerato dal punto di vista numerico: si tratta letteralmente di osservare i cromosomi con un microscopio ottico, descriverne la morfologia – lunghezza, posizione dei centromeri, eventuali differenze, ecc – e ordinarli dal più grande al più piccolo in coppie di cromosomi omologhi. Per aneuploidia si intende invece una variazione dal normale numero cromosomico, tipico della specie considerata, dovuto all’aggiunta o alla scomparsa di singoli cromosomi. Ad esempio, l’essere umano è dotato di un asset cromosomico diploide, cioè 46 cromosomi raggruppati in 22 coppie di cromosomi omologhi più 2 cromosomi sessuali. Se a una o più di queste coppie mancasse il suo omologo, o ne avesse uno in più, si parlerebbe di cariotipo umano aneuploide. Appunto: KaryoCreate è una tecnologia che sfrutta il sistema CRISPR per indurre aneuploidia del cariotipo in modo cromosoma-specifico – cioè in grado di bersagliare cromosomi specifici, nel caso umano 19 dei suoi 24 cromosomi, escludendo gli omologhi.

Ma perché togliere o aggiungere un cromosoma dal nostro cariotipo? Ad esempio, per il trattamento di specifiche tipologie di cancro. Infatti, come dimostrano gli sviluppatori di KaryoCreate, se applicata su cellule epiteliali del colon, questa tecnologia può indurre la perdita del cromosoma 18q – una forma mutata del cromosoma 18 del cariotipo umano – collegata all’insorgenza di cancro al livello del tratto gastro-intestinale.

Ancora più interessante è che questo sistema bersaglia selettivamente i singoli cromosomi umani – per lo meno 19 di 24. Proviamo a dare una spiegazione: in generale un cromosoma si caratterizza per la presenza di sequenze di DNA chiamate HORs – Hierarchically organized repeats. La regione del cromosoma che presenta le HORs è più comunemente nota come centromero. Nell’essere umano, 15 dei cromosomi non sessuali – autosomi –, più i due cromosomi sessuali, hanno HORs specifiche e uniche. Conoscendo a priori la sequenza nucleotidica di queste HORs per ogni singolo cromosoma, i ricercatori possono costruire in laboratorio delle sequenze complementari alle HORs, che nel sistema CRISPR hanno lo scopo di “dirigere” l’apparato proteico che caratterizza questa tecnologia proprio verso regioni bersaglio del DNA. In questo modo la tecnologia è resa “cromosoma-specifica”.

Referenza

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0092867423003264

Tiziano Alimandi, studente del master “la scienza nella pratica giornalistica” presso il dipartimento  di biologia e biotecnologie “Charles Darwin” della Sapienza università di Roma