TALEN, le forbici molecolari più efficienti di CRISPR-Cas9

Nell’ultimo periodo si è sentito parlare moltissimo di CRISPR-Cas9, le forbici molecolari oggetto del premio Nobel per la chimica nel 2020 e in grado di modificare e correggere il genoma. Questa tecnologia è stata largamente studiata per cercare di capirne il funzionamento e l’applicabilità sull’uomo. Oggi, è ancor di più messa sotto esame per cercare di perfezionarla, confrontandola con altri strumenti di gene editing esistenti. In questo scenario di ricerche si aggiunge lo studio condotto da un team di ricercatori dell’Università dell’Illinois Urbana-Champaign, che ha dimostrato che la forbice genetica Talen sembrerebbe più efficiente di CRISPR nella parte più condensata del genoma, l’eterocromatina, le cui anomalie possono essere la causa di patologie quali l’anemia falciforme e la beta-talassemia.

CRISPR e TALEN: i due strumenti di editing genetico a confronto

Sia CRISPR sia TALEN sono strumenti di editing genetico oggetto di studio da diverso tempo. In entrambi i casi parliamo di forbici molecolari, ma come funzionano e quali sono le differenze? Come il nome ci suggerisce, entrambi si possono considerare dei veri e propri kit taglia e cuci biologici.

CRISPR funziona grazie alla presenza di tre elementi: un enzima Cas9, un RNA guida e una sequenza di DNA che sostusce la parte tagliata. Una volta nella cellula, l’RNA guida scansiona il DNA in cerca della sua copia complementare. Avvenuto il matching, entra in gioco Cas9, che taglia opportunamente la regione target, creando un buco nel DNA. Avendo due estremità del DNA spaiate, la cellula riceve un allarme e provvede a cucire insieme le due parti sconnesse. Quello che fa CRISPR è fornire una sequenza di DNA che si possa sostituire alla parte tagliata, evitando tutti quei meccanismi che metterebbe in atto la cellula naturalmente per riparare il danno. Quindi, nella pratica, grazie a CRISPR è possibile rimuovere un gene “malato” correggedolo con uno sano, fornito direttamente alla cellula.

Similmente a CRISPR, i TALEN sono un altro strumento dell’ingegneria genetica che agisce come forbice molecolare. I TALEN sono composti da due parti: una proteina effettrice tipo attivatore trascrizionale e un dominio di scissione del DNA. Gli effettori TALE sono delle proteine costituite da 33-35 amminoacidi che agiscono come attivatori trascrizionali e sono in grado di legarsi e riconoscere una specifica sequenza del DNA. Questi codoni scansionano il DNA in entrambe le sue direzioni, nucleotide per nucleotide, e quando hanno trovato la sequenza complementare, viene effettuato il taglio. Un sistema più efficacie, ma anche molto più costoso e più difficile da realizzare.

Lo studio

Prese in considerazione queste differenze, i ricercatori dell’Università di Urbana-Champaign hanno iniziato uno studio mettendo a confronto queste due tecniche. Hanno utilizzato la microscopia a fluorescenza a molecola singola per osservare direttamente come i due strumenti di modifica del genoma si comportassero nelle cellule viventi di mammifero. Questi tag fluorescenti hanno permesso di misurare quanto tempo impiegavano CRISPR e TALEN per spostarsi lungo il DNA e per rilevare e tagliare i siti target. Le osservazioni al microscopio hanno rivelato che TALEN può avere una maggiore efficienza di editing rispetto a CRISPR e può apportare modifiche in modo più preciso.

In particolare, hanno osservato che TALEN è fino a cinque volte più efficiente di CRISPR-Cas9 in quelle parti del genoma altamente compatte, chiamate eterocromatina. Questa regione del genoma può essere soggetta a difetti genetici che sono la causa di alcune gravi patologie come l’anemia falciforme, la beta talassemia e la sindrome dell’X fragile.

Quale sistema è meglio?

Sia CRISPR-Cas9 sia TALEN hanno rivoluzionato il campo della biotecnologia e hanno aperto miriadi di strade per nuove applicazioni terapeutiche, agricole e di ricerca fondamentale. Dopo lunghi studi, i ricercatori hanno scoperto che CRISPR funziona meglio nelle regioni meno compatte del genoma (eucromatina), mentre TALEN può accedere a quei geni nella regione dell’eterocromatina meglio di CRISPR. Quindi un sistema è meglio dell’altro? Non esattamente. Tenendo in considerazione le caratteristiche vincenti di CRISPR, cioè di essere un meccanismo semplice, rapido ed economico, si potrebbe utilizzare TALEN solo per determinate applicazioni e, allo stesso tempo, provare a far funzionare meglio CRISPR nell’eterocromatina.