Curar enfermedades genéticas debilitantes es uno de los grandes desafíos de la medicina moderna. Durante la última década, el desarrollo de las tecnologías CRISPR y los avances en la investigación genética generaron nuevas esperanzas para los pacientes y sus familias, aunque la seguridad de estos nuevos métodos sigue siendo motivo de gran preocupación.
Publicación el 1 de julio en la revista Avances de la ciencia, un equipo de biólogos de la Universidad de California en San Diego que incluye a la investigadora posdoctoral Sitara Roy, la especialista Annabel Guichard y el profesor Ethan Bier describen un enfoque nuevo y más seguro que puede corregir defectos genéticos en el futuro. Su estrategia, que hace uso de maquinaria de reparación de ADN natural, proporciona una base para nuevas estrategias de terapia génica con el potencial de curar un amplio espectro de enfermedades genéticas.
En muchos casos, quienes padecen trastornos genéticos portan distintas mutaciones en las dos copias de los genes heredados de sus padres. Esto significa que, a menudo, una mutación en un cromosoma tendrá una secuencia funcional equivalente en el otro cromosoma. Los investigadores emplearon herramientas de edición genética CRISPR para explotar este hecho.
“La variante saludable puede ser utilizada por la maquinaria de reparación de la célula para corregir la mutación defectuosa después de cortar el ADN mutante”, dijo Guichard, autor principal del estudio. “Sorprendentemente, esto se puede lograr de manera aún más eficiente mediante un simple corte inofensivo. “
Trabajando en moscas de la fruta, los investigadores diseñaron mutantes que permitían la visualización de tal “reparación de plantillas de cromosomas homólogos” o HTR, por la producción de pigmentos en sus ojos. Tales mutantes inicialmente presentaban ojos completamente blancos. Pero cuando las mismas moscas expresaron componentes CRISPR (una guía de ARN más Cas9), mostraron grandes manchas rojas en los ojos, una señal de que la maquinaria de reparación del ADN de la célula había logrado revertir la mutación utilizando el ADN funcional del otro cromosoma.
Luego probaron su nuevo sistema con variantes de Cas9 conocidas como “nickases” que apuntaban solo a una hebra de ADN en lugar de a ambas. Sorprendentemente, los autores encontraron que tales muescas también dieron lugar a una restauración de alto nivel del color de los ojos rojos casi a la par con moscas sanas normales (no mutadas). Encontraron una tasa de éxito de reparación del 50-70 % con la nickasa en comparación con solo el 20-30 % en el corte de doble cadena Cas9, que también genera mutaciones frecuentes y se dirige a otros sitios a lo largo del genoma (las llamadas mutaciones fuera del objetivo). “No podía creer lo bien que funcionó el nickase, fue completamente inesperado”, dijo Roy, el autor principal del estudio. La versatilidad del nuevo sistema podría servir como modelo para corregir mutaciones genéticas en mamíferos, anotaron los investigadores.
“Todavía no sabemos cómo se traducirá este proceso en las células humanas y si podemos aplicarlo a cualquier gen”, dijo Guichard. “Es posible que se necesiten algunos ajustes para obtener HTR eficiente para las mutaciones causantes de enfermedades que llevan los cromosomas humanos”.
La nueva investigación amplía los logros anteriores del grupo en la edición de precisión con “impulsos alélicos”, que amplían los principios de los impulsos genéticos con un ARN guía que dirige el sistema CRISPR para cortar las variantes no deseadas de un gen y reemplazarlas con una versión preferida. del gen
Una característica clave de la investigación del equipo es que su sistema basado en nickase causa muchas menos mutaciones dentro y fuera del objetivo, como se sabe que sucede con las ediciones CRISPR basadas en Cas9 más tradicionales. También dicen que una entrega lenta y continua de componentes de nickase durante varios días puede resultar más beneficiosa que las entregas únicas.
“Otra ventaja notable de este enfoque es su simplicidad”, dijo Bier. “Se basa en muy pocos componentes y las mellas de ADN son ‘suaves’, a diferencia de Cas9, que produce roturas completas de ADN a menudo acompañadas de mutaciones”.
“Si la frecuencia de tales eventos pudiera incrementarse mediante la promoción del emparejamiento entre homólogos o mediante la optimización de los procesos de reparación específicos de muescas, tales estrategias podrían aprovecharse para corregir numerosas mutaciones dominantes o transheterocigotas que causan enfermedades”, dijo Roy.
los Avances de la ciencia Lista completa de autores del artículo: Sitara Roy, Sara Sanz Juste, Marketta Sneider, Ankush Auradkar, Carissa Klanseck, Zhiqian Li, Alison Henrique Ferreira Julio, Victor Lopez del Amo, Ethan Bier y Annabel Guichard.
El apoyo para la investigación fue proporcionado por los Institutos Nacionales de Salud (subvención R01 GM117321), un premio Paul G. Allen Frontiers Group Distinguished Investigators Award y un obsequio de Tata Trusts en India al Tata Institute for Genetics and Society (TIGS)-UC San Diego y TIGS India.
Nota sobre intereses en competencia: Bier tiene participación accionaria en dos empresas que cofundó: Synbal Inc. y Agragene, Inc., que pueden beneficiarse potencialmente de los resultados de la investigación. También es miembro de la junta directiva de Synbal y de la junta asesora científica de ambas empresas.