I primi giorni dell'embrione con l'editing genomico / Early embryo days with genomic editing
I primi giorni dell'embrione con l'editing genomico / Early embryo days with genomic editing
Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa
Embrioni al quinto giorno di sviluppo. Nell'embrione con livelli normali di proteina di OCT4 (sinistra) si osserva la formazione della blastocisti, mentre in quello modificato con CRISPR, no. (Cortesia Dr Kathy Niakan/Nature) / Embryos on the fifth day of development. In the embryo with normal levels of OCT4 protein (left), blastocyst formation is observed, while in the one modified with CRISPR, no. (Cortesia Dr Kathy Niakan / Nature)
Uno studio su embrioni umani con la tecnica CRISPR ha permesso di comprendere il ruolo di una proteina chiave nelle prime fasi dello sviluppo embrionale. La scoperta ha anche evidenziato importanti differenze fra lo studio sul modello animale e quello sull'essere umano, e potrebbe migliorare la fecondazione in vitro.
Embrioni umani geneticamente editati hanno permesso di dare uno sguardo alle prime fasi dello sviluppo, offrendo anche indicazioni sul ruolo di una proteina fondamentale che guida la crescita embrionale.
Il primo studio di questo tipo si differenzia dalle ricerche precedenti che hanno cercato di correggere mutazioni che causano malattie negli embrioni umani, nella speranza di prevenire patologie genetiche. Se questi studi hanno sollevato preoccupazioni per la loro potenziale capacità di creare "neonati progettati", quest'ultimo descrive una ricerca di base che mira a comprendere lo sviluppo dell'embrione umano e le cause di aborto spontaneo.
Pubblicato on line su "Nature", lo studio si è basato su CRISPR-Cas9, un sistema di editing genomico che può apportare modifiche precise al DNA. Nello specifico, i ricercatori hanno usato CRISPR-Cas9 per interrompere la produzione di una proteina chiamata OCT4, che ha un ruolo importante nello sviluppo degli embrioni.
Tradizionalmente i ricercatori hanno effettuato questi studi su embrioni di topi, che sono più abbondanti e sollevano meno problemi etici rispetto agli embrioni umani. Ma l'ultimo studio mette in evidenza differenze fondamentali tra il ruolo di OCT4 negli embrioni umani e in quelli dei topi, sottolineando le limitazioni insite nell'affidarsi ai modelli animali, afferma Dieter Egli ricercatore esperto in cellule staminali alla Columbia University di New York.
"Se vogliamo capire veramente lo sviluppo embrionale umano e migliorare la salute umana, dobbiamo lavorare direttamente su embrioni umani", afferma. "Non possiamo affidarci solo all'estrapolazione di organismi modello".
Ricerca regolata
Sono state riscontrate anche anomalie impreviste nelle cellule che danno origine alla placenta.
Quest'ultimo è un risultato particolarmente importante, dice Niakan, perché i ricercatori dispongono di modelli insoddisfacenti per studiare lo sviluppo della placenta e capire come il processo possa andare storto. La ricerca potrebbe anche definire nuovi modi per aumentare il tasso di successo della FIV e contribuire a spiegare perché alcune gravidanze non vanno a buon fine, spiega Niakan.
"È un primo passo emozionante", afferma Ralston. "Questo articolo apre una nuova era della genetica funzionale umana".
ENGLISH
A study on human embryos with CRISPR technology has allowed to understand the role of a key protein in the early stages of embryonic development. The discovery also highlighted significant differences between animal and human model studies and could improve in vitro fertilization.
Genetically edited human embryos have given a glimpse at the early stages of development, also providing guidance on the role of a fundamental protein that drives embryonic growth.
The first study of this type differs from previous research that has been trying to correct mutations that cause diseases in human embryos in the hope of preventing genetic diseases. If these studies have raised concerns about their potential ability to create "designed neonates", the latter describes a basic research that seeks to understand the development of the human embryo and the causes of spontaneous abortion.
Published online on "Nature", the study was based on CRISPR-Cas9, a genomic editing system that can make DNA-specific changes. Specifically, researchers used CRISPR-Cas9 to stop production of a protein called OCT4, which plays an important role in embryo development.
Traditionally, researchers have carried out these studies on embryos of mice, which are more abundant and raise less ethical problems than human embryos. But the latest study highlights fundamental differences between the role of OCT4 in human embryos and mice, highlighting the inherent limitations of relying on animal models, says Dieter He's a stem cell researcher at Columbia University, New York.
"If we really want to understand human embryonic development and improve human health, we must work directly on human embryos," he says. "We can not rely only on the extrapolation of model organisms".
Regulated Search
To carry out the study, the group led by Kathy Niakan, development biologist at the Francis Crick Institute in London, used a total of 58 embryos generated in assisted fertilization clinics following in vitro fertilization treatments (FIV). Embryos were no longer needed for the FIV and were donated to research. The UK Human Fertilation and Embryology Authority approved the study: for the first time a national regulator approved a research involving genomic editing of human embryos (previous studies in other countries have been approved by some local monitoring committees ).
The group injected the molecular machines needed for genomic editing with CRISPR-Cas9 when fertilized or zygotic eggs consisted of one cell, followed by laboratory development for one week.
Immediately it was clear that normal development was derailed in embryos that did not have normal OCT4 levels. Approximately half of the controls (which had unaltered and normal OCT4 levels) developed to form multicellular embryos called blastocysts. Of modified embryos with blocked OCT4 levels, only 19 percent developed up to that point.
The results reassure scientists that CRISPR-Cas9 is efficient enough to conduct studies on human embryos, says Fredrik Lanner, development biologist at the Karolinska Institutet in Stockholm. "If you work on mice, you can test hundreds of embryos," he says. "But access to human embryos is limited."
Lanner, whose laboratory is conducting studies with CRISPR on other crucial genes for embryo development, underlines the importance of carefully optimizing experimental conditions in mouse embryos before passing on human embryo studies, as the team of Niakan.
Unexpected anomalies in placenta-derived cells have also been reported.
The latter is a particularly important result, says Niakan, because researchers have unsatisfactory patterns to study placenta development and understand how the process can go wrong. Research could also define new ways to increase FIV success rate and help explain why some pregnancies are not successful, says Niakan.
"It's an exciting first step," says Ralston. "This article opens a new era of functional human genetics."
Da:
http://www.lescienze.it/news/2017/09/21/news/crispr_sviluppo_embrioni_umani_fiv-3671939/?ref=nl-Le-Scienze_22-09-2017
Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa
Il primo studio di questo tipo si differenzia dalle ricerche precedenti che hanno cercato di correggere mutazioni che causano malattie negli embrioni umani, nella speranza di prevenire patologie genetiche. Se questi studi hanno sollevato preoccupazioni per la loro potenziale capacità di creare "neonati progettati", quest'ultimo descrive una ricerca di base che mira a comprendere lo sviluppo dell'embrione umano e le cause di aborto spontaneo.
Pubblicato on line su "Nature", lo studio si è basato su CRISPR-Cas9, un sistema di editing genomico che può apportare modifiche precise al DNA. Nello specifico, i ricercatori hanno usato CRISPR-Cas9 per interrompere la produzione di una proteina chiamata OCT4, che ha un ruolo importante nello sviluppo degli embrioni.
"Se vogliamo capire veramente lo sviluppo embrionale umano e migliorare la salute umana, dobbiamo lavorare direttamente su embrioni umani", afferma. "Non possiamo affidarci solo all'estrapolazione di organismi modello".
Ricerca regolata
Per eseguire lo studio, il gruppo guidato da Kathy Niakan, biologa dello sviluppo al Francis Crick Institute di Londra, ha usato un totale di 58 embrioni generati in cliniche di fecondazione assistita in seguito a trattamenti di fecondazione in vitro (FIV). Gli embrioni non erano più necessari per la FIV ed erano stati donati alla ricerca. La UK Human Fertilisation and Embryology Authority ha approvato lo studio: per la prima volta un ente regolatore nazionale ha approvato una ricerca che ha coinvolto l'editing genomico di embrioni umani (studi precedenti effettuati in altri paesi sono stati approvati da qualche comitato di controllo locale).
Il gruppo ha iniettato le macchine molecolari necessarie per l'editing genomico con CRISPR-Cas9 quando le uova fecondate, o zigoti, consistevano di una sola cellula, per poi seguirne lo sviluppo in laboratorio per una settimana.
Subito è stato chiaro che lo sviluppo normale era deragliato in embrioni che non avevano livelli normali di OCT4. Circa la metà dei controlli (che avevano livelli inalterati e normali OCT4) si sono sviluppati per formare embrioni multicellulari chiamati blastocisti. Degli embrioni modificati con livelli di OCT4 bloccati, solo il 19 per cento si è sviluppato fino a quel punto.
I risultati rassicurano gli scienziati che CRISPR-Cas9 è abbastanza efficiente per condurre studi su embrioni umani, dice Fredrik Lanner, biologo dello sviluppo al Karolinska Institutet di Stoccolma. "Se si lavora sui topi, si possono testare centinaia di embrioni", dice. "Ma l'accesso agli embrioni umani è limitato".
Lanner, il cui laboratorio sta conducendo studi con CRISPR su altri geni cruciali per lo sviluppo degli embrioni, sottolinea l'importanza di ottimizzare con attenzione le condizioni sperimentali negli embrioni di topo prima di passare agli studi su embrioni umani, come aveva fatto la squadra di Niakan.
Differenze eclatanti
Ma saranno necessari ulteriori ricerche su embrioni umani per individuare quello che fa OCT4. Le differenze tra embrioni di topo e umani sono state eclatanti, afferma Amy Ralston, biologa dello sviluppo alla Michigan State University a East Lansing, che ha studiato la proteina nei topi. Il gruppo di Niakan ha infatti scoperto che gli embrioni umani hanno smesso di crescere prima degli embrioni di topi privi della proteina, mostrando anche differenti modelli di espressione genica.
Il gruppo ha iniettato le macchine molecolari necessarie per l'editing genomico con CRISPR-Cas9 quando le uova fecondate, o zigoti, consistevano di una sola cellula, per poi seguirne lo sviluppo in laboratorio per una settimana.
Subito è stato chiaro che lo sviluppo normale era deragliato in embrioni che non avevano livelli normali di OCT4. Circa la metà dei controlli (che avevano livelli inalterati e normali OCT4) si sono sviluppati per formare embrioni multicellulari chiamati blastocisti. Degli embrioni modificati con livelli di OCT4 bloccati, solo il 19 per cento si è sviluppato fino a quel punto.
I risultati rassicurano gli scienziati che CRISPR-Cas9 è abbastanza efficiente per condurre studi su embrioni umani, dice Fredrik Lanner, biologo dello sviluppo al Karolinska Institutet di Stoccolma. "Se si lavora sui topi, si possono testare centinaia di embrioni", dice. "Ma l'accesso agli embrioni umani è limitato".
Lanner, il cui laboratorio sta conducendo studi con CRISPR su altri geni cruciali per lo sviluppo degli embrioni, sottolinea l'importanza di ottimizzare con attenzione le condizioni sperimentali negli embrioni di topo prima di passare agli studi su embrioni umani, come aveva fatto la squadra di Niakan.
Differenze eclatanti
Ma saranno necessari ulteriori ricerche su embrioni umani per individuare quello che fa OCT4. Le differenze tra embrioni di topo e umani sono state eclatanti, afferma Amy Ralston, biologa dello sviluppo alla Michigan State University a East Lansing, che ha studiato la proteina nei topi. Il gruppo di Niakan ha infatti scoperto che gli embrioni umani hanno smesso di crescere prima degli embrioni di topi privi della proteina, mostrando anche differenti modelli di espressione genica.
Quest'ultimo è un risultato particolarmente importante, dice Niakan, perché i ricercatori dispongono di modelli insoddisfacenti per studiare lo sviluppo della placenta e capire come il processo possa andare storto. La ricerca potrebbe anche definire nuovi modi per aumentare il tasso di successo della FIV e contribuire a spiegare perché alcune gravidanze non vanno a buon fine, spiega Niakan.
"È un primo passo emozionante", afferma Ralston. "Questo articolo apre una nuova era della genetica funzionale umana".
Genetically edited human embryos have given a glimpse at the early stages of development, also providing guidance on the role of a fundamental protein that drives embryonic growth.
The first study of this type differs from previous research that has been trying to correct mutations that cause diseases in human embryos in the hope of preventing genetic diseases. If these studies have raised concerns about their potential ability to create "designed neonates", the latter describes a basic research that seeks to understand the development of the human embryo and the causes of spontaneous abortion.
Published online on "Nature", the study was based on CRISPR-Cas9, a genomic editing system that can make DNA-specific changes. Specifically, researchers used CRISPR-Cas9 to stop production of a protein called OCT4, which plays an important role in embryo development.
Traditionally, researchers have carried out these studies on embryos of mice, which are more abundant and raise less ethical problems than human embryos. But the latest study highlights fundamental differences between the role of OCT4 in human embryos and mice, highlighting the inherent limitations of relying on animal models, says Dieter He's a stem cell researcher at Columbia University, New York.
"If we really want to understand human embryonic development and improve human health, we must work directly on human embryos," he says. "We can not rely only on the extrapolation of model organisms".
The group injected the molecular machines needed for genomic editing with CRISPR-Cas9 when fertilized or zygotic eggs consisted of one cell, followed by laboratory development for one week.
Immediately it was clear that normal development was derailed in embryos that did not have normal OCT4 levels. Approximately half of the controls (which had unaltered and normal OCT4 levels) developed to form multicellular embryos called blastocysts. Of modified embryos with blocked OCT4 levels, only 19 percent developed up to that point.
The results reassure scientists that CRISPR-Cas9 is efficient enough to conduct studies on human embryos, says Fredrik Lanner, development biologist at the Karolinska Institutet in Stockholm. "If you work on mice, you can test hundreds of embryos," he says. "But access to human embryos is limited."
Lanner, whose laboratory is conducting studies with CRISPR on other crucial genes for embryo development, underlines the importance of carefully optimizing experimental conditions in mouse embryos before passing on human embryo studies, as the team of Niakan.
Unexpected anomalies in placenta-derived cells have also been reported.
The latter is a particularly important result, says Niakan, because researchers have unsatisfactory patterns to study placenta development and understand how the process can go wrong. Research could also define new ways to increase FIV success rate and help explain why some pregnancies are not successful, says Niakan.
"It's an exciting first step," says Ralston. "This article opens a new era of functional human genetics."
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