Cercetătorii MIT au dezvoltat o nouă modalitate de a controla cu precizie cantitatea unei anumite proteine care este produsă în celulele de mamifere, folosind o tehnică bazată pe proteinele CRISPR.
Această tehnică ar putea fi folosită pentru a regla cu precizie producția de proteine utile, inclusiv anticorpii monoclonali utilizați pentru a trata cancerul și alte boli. De asemenea, ar putea calibra cu precizie alte aspecte ale comportamentului celular. În noul lor studiu, cercetătorii au arătat că acest sistem poate funcționa într-o varietate de celule de mamifere, cu rezultate foarte consistente. Lucrarea care descrie rezultatele a fost publicată recent în revista Nature Communications.
„Este un sistem foarte previzibil pe care îl putem proiecta dinainte, ca apoi obținem rezultatul așteptat”, spune William C.W. Chen, fost om de știință al MIT. „Este un sistem foarte reglabil și potrivit pentru multe aplicații biomedicale diferite în diferite tipuri de celule.”
Multe proteine terapeutice, inclusiv anticorpi monoclonali, sunt produse în bioreactoare mari care conțin celule de mamifere care sunt proiectate pentru a genera proteina dorită. Cu câțiva ani în urmă, cercetătorii de la Centrul de biologie sintetică al MIT, inclusiv laboratorul lui Lu, au început să lucreze cu Pfizer la un proiect de dezvoltare a instrumentelor de biologie sintetică care ar putea fi folosite pentru a stimula producția acestor proteine utile.
Pentru a face acest lucru, cercetătorii au vizat promotorii genelor pe care doreau să le regleze. În toate celulele de mamifere, genele au o regiune promotoare care se leagă de factorii de transcripție – proteine care inițiază transcrierea genei în ARN mesager.
În lucrările anterioare, oamenii de știință au proiectat factori de transcripție sintetici, inclusiv proteine numite degete de zinc, pentru a ajuta la activarea genelor țintă. Cu toate acestea, degetele de zinc și majoritatea celorlalte tipuri de factori de transcripție sintetici trebuie să fie reproiectate pentru fiecare genă pe care o vizează, făcându-le dificile și consumatoare de timp pentru a se dezvolta.
În 2013, cercetătorii din laboratorul lui Lu au dezvoltat un factor de transcripție bazat pe CRISPR, care le-a permis să controleze mai ușor transcripția genelor care apar în mod natural în celulele de mamifere și drojdie. În noul studiu, cercetătorii și-au propus să se bazeze pe această muncă pentru a crea o bibliotecă de părți biologice sintetice care să le permită să furnizeze o transgenă – o genă care nu este exprimată în mod normal de celulă – și să controleze cu precizie expresia acesteia.
Sistemul pe care l-au proiectat cercetătorii include mai multe componente. Una este gena care urmează să fie transcrisă, împreună cu o secvență „operator”, care constă dintr-o serie de situsuri artificiale de legare a factorului de transcripție. O altă componentă este un ARN ghid care se leagă de acele secvențe operator. În cele din urmă, sistemul include, de asemenea, un domeniu de activare a transcripției atașat la o proteină Cas9 dezactivată. Când această proteină Cas9 dezactivată se leagă de ARN-ul ghid de la locul promotor sintetic, factorul de transcripție bazat pe CRISPR poate activa expresia genei.
Siturile promotoare utilizate pentru acest sistem sintetic au fost concepute pentru a fi distincte de site-urile promotoare care apar în mod natural, astfel încât sistemul să nu afecteze genele din propria genomi ai celulelor. Fiecare operator include între două și 16 copii ale site-ului de legare a ARN-ului de ghidare, iar cercetătorii au descoperit că sistemul lor ar putea iniția transcripția genelor la rate care corespund liniar cu numărul de situsuri de legare, permițându-le să controleze cu precizie cantitatea de proteină produsă.
Cercetătorii și-au testat sistemul pe mai multe tipuri de celule de mamifere, inclusiv pe celulele ovarelor de hamster chinezesc (CHO), care sunt utilizate în mod obișnuit pentru a produce proteine terapeutice în bioreactoarele industriale. Ei au găsit rezultate foarte asemănătoare în celulele CHO și în celelalte celule pe care le-au testat, inclusiv mioblaste de șoarece și șobolan (precursori ai celulelor musculare), celule renale embrionare umane și celule stem pluripotente induse de om.
„Sistemul are o consistență foarte mare asupra diferitelor tipuri de celule și a diferitelor gene țintă”, spune Chen. „Acesta este un bun punct de plecare pentru a ne gândi la reglarea expresiei genelor și a comportamentului celular cu un sistem artificial foarte reglabil și previzibil.”
Articol de Izabela Constantin
