Le capacità di CRISPR si espandono con una nuova attività antivirale

Espandere il potenziale di CRISPR – Cos’è CRISPR e perché è importante

Since its discovery, CRISPR (“Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats”), which won the Premio Nobel 2020 per la Chimica, has revolutionized medicine and biotechnology.

Fonte: Nobel Prize

Questo perché CRISPR è il primo metodo di editing genetico che consente un targeting molto preciso di una sequenza genetica specifica, permettendo di correggere errori genetici sia in vitro che in vivo senza rischiare mutazioni indesiderate.

Ciò è importante poiché l’inserimento genico non diretto è stato collegato a problemi gravi, in particolare al rischio di cancro, rendendo il loro uso terapeutico difficile e controverso.

CRISPR può essere utilizzato in diversi modi per interrompere un gene già presente, cancellare una sequenza specifica o modificare/inserire la sequenza genetica corretta.

Fonte: CRISPR Therapeutics

This turned into a medical breakthrough with the Approvazione FDA per la prima terapia basata su CRISPR nel 2023, developed by CRISPR Therapeutics (CRSP ) for genetic blood diseases (follow the link for a dedicated report about CRISPR Therapeutics).

Tuttavia, l’editing genico preciso controllato dall’uomo non è ciò per cui CRISPR è stato usato in natura. Questo è, prima di tutto, uno strumento antivirale che i batteri usano per sopravvivere agli attacchi dei virus.

E ora sembra che CRISPR sia ancora più versatile di quanto si pensasse, poiché può modificare il metabolismo cellulare, bloccando la replicazione virale. Questa è stata una scoperta fatta da cinque ricercatori della Rockefeller University e del Memorial Sloan Kettering Cancer Center.

They published their results in the prestigious scientific magazine Science¹, under the title “Cat1 forma reti di filamenti per degradare NAD+ durante la risposta antivirale CRISPR-Cas di tipo III”.

Origini naturali di CRISPR nei batteri

La maggior parte dei batteri è costantemente minacciata da virus specializzati nell’attaccarli, chiamati batteriofagi (letteralmente “mangia batteri”).

A tal proposito, ecco perché questi fagi sono attualmente studiati per il loro potenziale nella creazione di “antibiotici viventi” che bypasserebbero la maggior parte delle crescenti resistenze agli antibiotici.

Ogni sequenza genetica CRISPR trovata all’interno di un singolo CRISPR batterico deriva da un frammento di DNA di un batteriofago che aveva precedentemente infettato il procariota o uno dei suoi antenati.

Queste sequenze sono usate per rilevare e distruggere il DNA di batteriofagi simili durante infezioni successive, formando una sorta di “immunità acquisita” contro i fagi. CRISPR è presente in circa il 50% dei genomi batterici sequenziati.

Considerando quanto siano diffusi i sistemi CRISPR e quanto siano importanti contro le infezioni virali o batteriche, forse non è così sorprendente che abbiano altre proprietà antivirali aggiuntive.

CRISPR può bloccare i virus arrestando la funzione cellulare

CRISPR come sistema immunitario collettivo dei batteri

Altre attività oltre le “forbici genetiche” per i sistemi CRISPR sono sempre più comprese, in particolare grazie all’impegno del Laboratorio di Batteriologia della Rockefeller, guidato dal Prof. Luciano Marraffini.

Fonte: Amacad

Si sono concentrati soprattutto su una classe di molecole nei sistemi CRISPR-Cas10 chiamate effettori CARF, che sono proteine attivate al momento dell’infezione da parte di un fago di un batterio.

Gli effettori CARF hanno diversi approcci multipli per raggiungere lo stesso obiettivo: fermare l’attività cellulare. Poiché la replicazione del DNA e la produzione di proteine si fermano nelle cellule infette, si ferma anche la produzione del virus.

“Il lavoro collettivo dei nostri laboratori sta rivelando quanto siano efficaci — e diversi — questi effettori CARF. La gamma delle loro attività molecolari è davvero sorprendente.”

Prof. Luciano Marraffini – Laboratorio di Batteriologia della Rockefeller

Questo effetto protegge indirettamente tutti gli altri batteri nell’area ed è alla fine abbastanza simile nei suoi principi al linfociti NK (Natural Killer) del sistema immunitario dei mammiferi che uccidono le cellule infette (e le cellule tumorali) per fermare la propagazione del virus.

Proteina Cat1: La chiave del nuovo trucco di CRISPR

Come per molte recenti scoperte biotecnologiche, strumenti avanzati di IA hanno aiutato i ricercatori a trovare un ago nel pagliaio. In questo caso, si trattava di uno strumento chiamato Foldseek, un programma di ricerca basato sullo strumento AlphaFold di Google (GOOGL ) per prevedere la configurazione 3D delle proteine.

Invece di confrontare le sequenze proteiche, Foldseek confronta la loro struttura 3D, aumentando la probabilità di trovare proteine funzionalmente simili, anche se utilizzano una sequenza di amminoacidi diversa. Foldseek riduce i tempi di calcolo di quattro‑cinque ordini di grandezza rispetto ai metodi precedenti.

Fonte: ResearchGate

Con Foldseek, i ricercatori hanno trovato una proteina probabilmente un effettore CARF che hanno chiamato Cat1, che ha dimostrato di avere un sistema di attivazione molto preciso.

Questa proteina viene avvertita della presenza di un virus da molecole messaggere secondarie chiamate ciclo-tetra-adenilato, o cA4. Poi fa sì che Cat1 degradi un metabolita essenziale nella cellula chiamato NAD+.

“Una volta che una quantità sufficiente di NAD+ è scissa, la cellula entra in uno stato di arresto della crescita.

Con la funzione cellulare in pausa, il fago non può più propagarsi e diffondersi al resto della popolazione batterica.”

Christian Baca – studente laureato TPCB.

Cosa rivela la struttura di Cat1

Come spesso accade, più scoperte scientifiche vengono fatte, più nuove domande sorgono.

Studiando la struttura reale di Cat1, i ricercatori hanno scoperto che ha una forma insolita.

Doppie copie di Cat1 sono legate dalla molecola segnale cA4, formando lunghi filamenti durante l’infezione virale, e intrappolano i metaboliti NAD+ all’interno di tasche molecolari appiccicose. Ha persino formato strutture più complesse a livello cellulare.

“I filamenti interagiscono tra loro per formare fasci a spirale trigonali, e questi fasci possono poi espandersi per formare fasci a spirale pentagonali,”

Puja Majumder – ricercatrice post-dottorato nel Patel Lab

Fonte: Laboratorio di Batteriologia della Rockefeller

Questi trucchi antivirali potrebbero funzionare negli esseri umani?

L’ampia e complessa gamma di capacità antivirali dei sistemi CRISPR nei batteri solleva una domanda: potrebbe funzionare anche per gli esseri umani?

Questa è ovviamente un’idea già discussa, soprattutto perché i virus sono ancora molto più difficili da combattere rispetto alle infezioni batteriche, per le quali gli antibiotici sono (ancora per lo più) efficaci.

Una possibilità sarebbe l’editing genomico per trattare infezioni virali croniche come HIV, SARS-CoV-2 e virus dell’epatite. Virus come vaiolo e vaiolo delle scimmie potrebbero anche essere trattati in questo modo.

Questo livello più avanzato di comprensione dei sistemi CRISPR potrebbe anche aiutare ad aggiungere funzionalità o ridurre gli effetti collaterali della terapia genica basata su CRISPR esistente, rendendola uno strumento terapeutico ancora migliore.

Investire nelle tecnologie CRISPR

CRISPR Therapeutics

Ciò che distingue CRISPR Therapeutics è il team stellare di fondatori, che include la Dott.ssa Emmanuelle Charpentier, la cui ricerca fondamentale ha rivelato i meccanismi chiave della tecnologia CRISPR-Cas9.

Ha posto le basi per l’uso di CRISPR-Cas9 come strumento di editing genetico versatile e preciso. Numerosi premi hanno riconosciuto il suo lavoro, incluso il Premio Nobel 2020 per la Medicina e il Breakthrough Prize in Life Science.

CRISPR Therapeutics sta sviluppando una piattaforma di editing genetico CRISPR/Cas9 efficiente e versatile per terapie volte a trattare emoglobinopatie, cancro, diabete e altre malattie.

La prima terapia che stavano sviluppando era mirata alle malattie del sangue β-talassemia e anemia falciforme.

Sono ora approvati sotto il nome commerciale Casgevy per entrambe le applicazioni. Il primo programma CAR-T allogenico dell’azienda, mirato alle neoplasie delle cellule B, è anch’esso in sperimentazione clinica.

Sebbene l’anemia falciforme sia una malattia con un mercato probabilmente piccolo, una volta che la tecnologia sarà matura potranno avanzare verso il targeting di altri vettori di malattia.

Essendo la prima azienda con una terapia CRISPR approvata, CRISPR Therapeutics è in una buona posizione per essere la prima a generare flusso di cassa positivo dalla tecnologia e ad espandere ulteriormente le sue applicazioni.

E questo straordinario curriculum probabilmente renderà l’azienda il partner preferito per qualsiasi altra società farmaceutica che desideri recuperare nel campo delle terapie CRISPR.

Ultime CRISPR Therapeutics (CRSP) Notizie e Sviluppi sulle Azioni

Studio di Riferimento:

^{1. Christian F. Baca et al. Cat1 forma reti di filamenti per degradare NAD+ durante la risposta antivirale CRISPR-Cas di tipo III. Science 10 Apr 2025. DOI: 10.1126/science.adv9045}