Primi topi progettati per sopravvivere al COVID-19 come esseri umani giovani e sani

Guidato dai ricercatori della NYU Grossman School of Medicine, il nuovo lavoro ha creato topi di laboratorio con materiale genetico umano per ACE2, una proteina catturata dal virus pandemico in modo che possa attaccarsi alle cellule umane come parte dell’infezione. I topi con questo cambiamento genetico hanno sviluppato sintomi simili a quelli dei giovani umani infettati dal virus che causa COVID-19, invece di morire a causa dell’infezione come era accaduto con precedenti modelli murini.

“Il fatto che questi topi sopravvivano crea il primo modello animale che imita la forma di COVID-19 osservata nella maggior parte delle persone, fino alle cellule del sistema immunitario attivate e sintomi comparabili”, ha affermato l’autore senior dello studio Jef Boeke, direttore del Sol e Judith Bergstein. l’Istituto per la genetica dei sistemi presso la NYU Langone Health. “Questo è stato un importante tassello mancante negli sforzi per sviluppare nuovi farmaci contro questo virus.”

“Dato che i topi sono stati il ​​modello genetico principale per decenni”, ha aggiunto Boeke, “ci sono migliaia di linee di topi esistenti che ora possono essere incrociate con le nostre linee umanizzate”. ACE2 topi per studiare come il corpo reagisce in modo diverso al virus nei pazienti con diabete o obesità, o quando le persone invecchiano”.

Problema del DNA di grandi dimensioni

Il nuovo studio ruota attorno a un nuovo metodo per modificare il DNA, i 3 miliardi di “lettere” del codice genetico che servono come istruzioni per costruire le nostre cellule e i nostri corpi.

Mentre tecniche famose come CRISPR consentono l’editing del DNA modificando solo una o poche lettere alla volta, alcune sfide richiedono cambiamenti in tutti i geni che possono essere lunghi fino a 2 milioni di lettere. In questi casi, potrebbe essere più efficiente costruire il DNA da zero, con modifiche estese apportate in ampie porzioni di codice preassemblate e poi scambiate in una cellula al posto della sua controparte naturale. Poiché i geni umani sono così complessi, il laboratorio di Boeke ha sviluppato per primo il suo approccio di “scrittura del genoma” nel lievito, funghi unicellulari che condividono molte caratteristiche con le cellule umane ma che sono più semplici e facili da studiare.

Più recentemente, il team di Boeke ha adattato le tecniche del lievito al codice genetico dei mammiferi, che è costituito non solo da geni che codificano per proteine, ma anche da molti interruttori che attivano geni diversi a livelli diversi in diversi tipi di cellule. Studiando questa “materia oscura” poco conosciuta che regola i geni, il gruppo di ricerca è stato in grado di progettare topi viventi con cellule che avevano livelli di ASSO attività genetica per la prima volta. Gli autori dello studio hanno utilizzato cellule di lievito per assemblare sequenze di DNA fino a 200.000 lettere in un unico passaggio, e poi hanno consegnato questi DNA “nudi” in cellule staminali embrionali di topo utilizzando il loro nuovo metodo di consegna, mSwAP-In.

Superando i limiti di dimensione dei metodi precedenti, mSwAP-In ha fornito un modello murino umanizzato della patologia COVID-19 “sovrascrivendo” 72 kilobasi (kb) di topo Asso2 codice con 180 kb dell’umano ACE2 gene e il suo DNA regolatore.

Per realizzare questo scambio tra specie, il metodo di studio ha tagliato un punto chiave nel codice del DNA attorno al gene naturale, ha scambiato gradualmente una controparte sintetica e, con ogni aggiunta, ha aggiunto un meccanismo di controllo di qualità in modo che solo le cellule con il gene sintetico il gene è sopravvissuto. Il gruppo di ricerca ha poi lavorato con Sang Yong Kim presso il Rodent Genome Engineering Lab della New York University utilizzando una tecnica con cellule staminali chiamata “complementazione tetraploide” per creare un topo vivente le cui cellule includevano i geni sovrascritti.

Inoltre, i ricercatori avevano precedentemente progettato una versione sintetica del gene Trp53la versione murina del gene umano TP53e lo ho scambiato nelle celle del mouse. La proteina codificata da questo gene coordina la risposta della cellula al DNA danneggiato e può persino ordinare alle cellule che lo contengono di morire per prevenire l’accumulo di cellule cancerose. Quando questo stesso “guardiano del genoma” diventa difettoso, contribuisce in modo determinante ai tumori umani.

Mentre gli esperimenti sull’ACE2 avevano scambiato una versione invariata di un gene umano, quello sintetico Trp53 Il gene era stato progettato per non includere più una combinazione di lettere del codice molecolare – citosina (C) accanto a guanina (G) – note per essere vulnerabili a cambiamenti casuali che causano il cancro. I ricercatori hanno sovrascritto i principali “punti caldi” CG con un codice contenente una diversa lettera del DNA nell’adenina (A).

“Lo scambio AG ha lasciato intatta la funzione del gene, ma ha ridotto la sua vulnerabilità alla mutazione, con lo scambio che si prevede porterà a un tasso di mutazione da 10 a 50 volte inferiore”, ha affermato il primo autore Weimin Zhang, PhD, studioso post-dottorato in Il laboratorio di Boeke. “Il nostro obiettivo è dimostrare in un animale da laboratorio vivente che questo scambio porta a meno mutazioni e meno tumori risultanti, e questi esperimenti sono in fase di pianificazione.”

Il lavoro è stato finanziato dalla sovvenzione 1RM1HG009491 del National Institutes of Health CEGS e dalla sovvenzione di supporto del Perlmutter Cancer Center P30CA016087. Boeke è uno dei fondatori di CDI Labs, Inc., uno dei fondatori di Neochromosome, Inc.; uno dei fondatori di ReOpen Diagnostics, LLC, e fa o ha fatto parte dei comitati consultivi scientifici di Logomix Inc., Modern Meadow, Inc., Rome Therapeutics, Inc., Sample6, Inc., Sangamo, Inc., Tessera Therapeutics, Inc. e l’Istituto Wyss. Boeke riceve anche compensi di consulenza e royalties da OpenTrons e detiene partecipazioni nella società. Questi rapporti sono gestiti in conformità con le politiche della NYU.