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VIPR, il sistema virale che potrebbe precedere CRISPR: cosa hanno scoperto gli scienziati
VIPR è un sistema guidato dall’RNA e codificato dai batteriofagi: potrebbe rappresentare un antenato evolutivo di alcuni componenti CRISPR Cas, ma l’ipotesi resta da consolidare. La proteina Vipr e gli RNA virali ripetuti, chiamati vrRNA, riconoscono il DNA con un codice discontinuo e formano una struttura a tripla...
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Research answer
Key takeaways
- VIPR è un sistema guidato dall’RNA e codificato dai batteriofagi: potrebbe rappresentare un antenato evolutivo di alcuni componenti CRISPR Cas, ma l’ipotesi resta da consolidare.
- La proteina Vipr e gli RNA virali ripetuti, chiamati vrRNA, riconoscono il DNA con un codice discontinuo e formano una struttura a tripla elica di acidi nucleici.
- Nei fagi il sistema è stato riprogrammato per reprimere la trascrizione. Non è stato dimostrato come piattaforma pronta per tagliare o riscrivere il DNA in cellule umane.
AI Prompt
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VIPR — acronimo di Viral Interference Programmable Repeat — è un sistema di riconoscimento del DNA guidato dall’RNA scoperto nei batteriofagi, cioè virus che infettano i batteri. Non è quindi un sistema batterico come il CRISPR-Cas classico. I ricercatori lo descrivono come una possibile finestra sulle origini evolutive di CRISPR e come un potenziale complemento agli strumenti di ingegneria genetica esistenti, non come un loro sostituto immediato. 1
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Un possibile predecessore di CRISPR, non un’età misurata direttamente
L’analisi di sequenze e strutture suggerisce che VIPR possa precedere CRISPR-Cas e avere un’origine superiore a 4 miliardi di anni. Da qui l’ipotesi che possa essere un antenato di una parte della macchina molecolare CRISPR. È importante distinguere però tra un’inferenza evolutiva e un fatto definitivamente dimostrato: non si tratta di un’età misurata direttamente, né di una genealogia ormai chiusa. 1
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Il lavoro è nato da una collaborazione guidata da UC Berkeley e dall’Innovative Genomics Institute, alla quale partecipa anche Jennifer Doudna. Il gruppo ha cercato proteine associate all’RNA con caratteristiche strutturali affini a quelle osservate nei sistemi CRISPR, quindi ha studiato il sistema individuato con esperimenti biochimici e strutturali. 2
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Come funziona: una piccola proteina e RNA ripetuti
Il nucleo del sistema è formato dalla proteina fagica Vipr e da RNA virali specializzati detti vrRNA. I vrRNA contengono motivi alternati GGY/NN: le porzioni variabili contribuiscono a definire il bersaglio, mentre Vipr si lega all’RNA e ne organizza l’assemblaggio in un complesso capace di riconoscere il DNA. 1
La differenza rispetto a CRISPR è sostanziale. In molti sistemi CRISPR, l’RNA guida si appaia in modo continuo con una sequenza complementare del DNA — spesso con l’ulteriore vincolo di un vicino motivo PAM. VIPR usa invece un codice discontinuo: motivi ripetuti del vrRNA riconoscono caratteristiche regolarmente distanziate del DNA, anziché una lunga sequenza complementare ininterrotta. 1
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La struttura vista al crio-microscopio elettronico
Le immagini ottenute con crio-microscopia elettronica mostrano complessi Vipr-vrRNA che si assemblano in un filamento elicoidale. Quando il complesso si lega al DNA bersaglio, l’RNA, il filamento bersaglio e il filamento non bersaglio formano una geometria assimilabile a una tripla elica di acidi nucleici. Sono state depositate sia una struttura del complesso RNA-proteina a due filamenti, sia una struttura a sette subunità associata a DNA a doppio filamento. 4
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Questa architettura aiuta a spiegare il meccanismo: VIPR non riconosce il DNA con la stessa logica dei comuni RNA guida CRISPR, ma costruisce un’impalcatura proteina-RNA che avvolge e stabilizza il bersaglio in una configurazione diversa.
Perché potrebbe ampliare gli strumenti disponibili
La logica di targeting di VIPR potrebbe, in futuro, rendere raggiungibili siti del DNA scomodi per specifici enzimi CRISPR: per esempio regioni limitate dall’assenza di un PAM adeguato o dalla necessità di una corrispondenza guida-bersaglio continua. Inoltre, componenti proteici e a RNA relativamente piccoli potrebbero semplificare il confezionamento e la consegna rispetto a sistemi più grandi e multiproteici. 1
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Sono però vantaggi potenziali di progettazione, non benefici terapeutici già dimostrati. Il fatto che un sistema leghi in modo selettivo una sequenza non basta, da solo, a renderlo un editor genetico utilizzabile in clinica.
Cosa è stato dimostrato finora
I ricercatori hanno modificato elementi di sequenza dei vrRNA per reindirizzare VIPR nei fagi. In questi esperimenti hanno osservato una repressione trascrizionale dipendente dal bersaglio: il legame al DNA ostacola l’espressione di un gene. 1
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Non è stata invece dimostrata una piattaforma generale per tagliare, correggere o riscrivere il DNA, né un uso funzionale in cellule di mammifero. Perciò definire VIPR già oggi un’alternativa clinica a CRISPR sarebbe prematuro.
La corsa ai nuovi editor richiede verifiche di sicurezza
VIPR si inserisce in un settore in rapida evoluzione, dove oltre al CRISPR canonico vengono sviluppati strumenti per inserire sequenze, modificare basi, intervenire sull’RNA o regolare geni. Questa diversificazione rende ancora più necessari test rigorosi su legami fuori bersaglio, alterazioni indesiderate del DNA o della regolazione genica, modalità di consegna, risposta immunitaria ed effetti nel lungo periodo. 1
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Gli studi su VIPR non dimostrano la sicurezza del sistema nell’uomo, negli animali, nelle piante o negli ecosistemi.
Cosa serve prima di applicazioni mediche o agricole
Prima di pensare a terapie geniche, cellule di mammifero o colture agricole, sarà necessario mostrare che VIPR può essere espresso e assemblato in modo efficiente nelle cellule eucariotiche; definire con precisione ampiezza e specificità dei bersagli nei genomi complessi; verificare se possa essere collegato in sicurezza a effettori per repressione, editing o riparazione; e sviluppare sistemi pratici di consegna.
Serviranno inoltre studi estesi su cellule e modelli animali, durata dell’effetto, tossicità, immunogenicità e attività fuori bersaglio. Al momento non ci sono prove sufficienti per sostenere che VIPR sia pronto per l’uso clinico, agricolo o in cellule di mammifero.
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VIPR è un sistema guidato dall’RNA e codificato dai batteriofagi: potrebbe rappresentare un antenato evolutivo di alcuni componenti CRISPR Cas, ma l’ipotesi resta da consolidare. La proteina Vipr e gli RNA virali ripetuti, chiamati vrRNA, riconoscono il DNA con un codice discontinuo e formano una struttura a tripla elica di acidi nucleici.
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Nei fagi il sistema è stato riprogrammato per reprimere la trascrizione. Non è stato dimostrato come piattaforma pronta per tagliare o riscrivere il DNA in cellule umane.
Sources
science.orgBlocking RAN translation without altering repeat RNAs rescues C9ORF72 -related ALS and FTD phenotypes