La edición genética CRISPR da otro gran paso adelante, apuntando al ARN

La edición genética CRISPR da otro gran paso adelante, apuntando al ARN

Los científicos de Salk crean nuevas tijeras moleculares para corregir el desequilibrio proteico en un modelo celular de demencia

LA JOLLA—La mayoría de la gente ha oído hablar de la tecnología de edición de genes CRISPR/Cas9, que actúa como tijeras moleculares específicas para cortar y reemplazar genes que causan enfermedades por otros saludables. Pero el ADN es solo una parte de la historia; muchas enfermedades genéticas son causadas por problemas con el ARN, una copia funcional del ADN que se traduce en proteínas.

Ahora, los científicos del Instituto Salk han creado una nueva herramienta que no se dirige al ADN, sino al ARN, y la usaron para corregir un desequilibrio de proteínas en las células de un paciente con demencia, restaurándolas a niveles saludables. La nueva herramienta Salk, llamada CasRx, abre el vasto potencial del ARN y las proteínas a la ingeniería genética, brindando a los investigadores una forma poderosa de desarrollar nuevas terapias génicas, así como investigar funciones biológicas fundamentales. La obra apareció en Celular en marzo 15, 2018.

“Los bioingenieros son como los detectives de la naturaleza, buscan pistas en los patrones del ADN para ayudar a resolver los misterios de las enfermedades genéticas”, dice patricio hsu, miembro de Helmsley-Salk y autor principal del nuevo artículo. “CRISPR ha revolucionado la ingeniería del genoma y queríamos ampliar la caja de herramientas del ADN al ARN”.

Los CRISPR son sistemas inmunitarios bacterianos que contienen muchas enzimas de defensa, como las "tijeras moleculares" Cas9, que científicos como Hsu han diseñado como una poderosa herramienta de edición de genes dirigida al ADN.

El equipo de Salk decidió buscar en los genomas bacterianos nuevas enzimas CRISPR que pudieran apuntar al ARN, que luego podría diseñarse para abordar los problemas con el ARN y las proteínas resultantes.

Un mensaje de ARN dado, por ejemplo, se puede expresar en niveles variables y su equilibrio en relación con otros ARN es fundamental para una función saludable. Además, el ARN se puede empalmar de varias maneras para producir diferentes proteínas, pero los problemas con el empalme pueden provocar enfermedades como la atrofia muscular espinal, la fibrosis quística atípica y la demencia frontotemporal (FTD). Por lo tanto, un fármaco que se dirija a los ARN tóxicos o los ARN resultantes de un empalme inadecuado podría tener un impacto que cambie la vida de las personas con este tipo de enfermedades devastadoras.

“Comenzamos el proyecto con la hipótesis de que diferentes sistemas CRISPR pueden haberse especializado a lo largo de una carrera armamentista evolutiva entre las bacterias y sus virus, dándoles potencialmente la capacidad de apuntar al ARN viral”, explica Silvana Konermann, asociada de investigación de Salk, miembro del HHMI Hanna Gray. y el primer autor del artículo.

El equipo desarrolló un programa computacional para buscar en las bases de datos de ADN bacteriano las firmas reveladoras de los sistemas CRISPR: patrones de secuencias de ADN repetitivas particulares. Al hacerlo, descubrieron una familia de enzimas CRISPR que se dirigen al ARN y la llamaron Cas13d.

El equipo se dio cuenta de que, al igual que la familia Cas9, las enzimas Cas13d que se originan en diferentes especies bacterianas variarían en su actividad, por lo que analizaron para identificar la mejor versión para usar en células humanas. Esa versión resultó ser de la bacteria intestinal. Ruminococcus flavefaciens XPD3002, lo que los llevó a nombrar su herramienta CasRx.

"Una vez que diseñamos CasRx para que funcionara bien en células humanas, realmente queríamos ponerlo a prueba".
dice Konermann.

Eso significó diseñar CasRx para abordar una condición relacionada con la enfermedad: en este caso, el trastorno neurodegenerativo FTD. En esta demencia, la proporción de dos versiones de la proteína tau (también implicada en la enfermedad de Alzheimer) está desequilibrada en las neuronas. El equipo diseñó genéticamente CasRx para apuntar a secuencias de ARN para la versión de la proteína tau que es sobreabundante. Hicieron esto empaquetando CasRx en un virus y entregándolo a las neuronas cultivadas a partir de las células madre de un paciente con FTD. CasRx fue 80 por ciento efectivo en reequilibrar los niveles de proteína tau a niveles saludables.

En comparación con otras tecnologías que se dirigen al ARN, CasRx es único debido a su pequeño tamaño (lo que hace que sea más fácil de empaquetar en vectores virales terapéuticamente relevantes), su alto grado de efectividad y el hecho de que no creó efectos perceptibles fuera del objetivo en comparación con el ARN. interferencia. El equipo de Salk está entusiasmado con las posibilidades que abre su herramienta para explorar nuevas cuestiones biológicas sobre la función del ARN y las proteínas, así como terapias para abordar las enfermedades basadas en el ARN y las proteínas.

“La naturaleza está llena de tantos secretos”, agrega Hsu. "Es realmente un recurso rico y sin explotar para inventar nuevas tecnologías".

Otros autores incluyeron a Peter Lotfy, Nicholas J. Brideau, Jennifer Oki y Maxim N. Shokhirev, todos en el Instituto Salk.

El trabajo y los investigadores involucrados fueron apoyados por un Premio de Independencia Temprana del Director de NIH, los Institutos Nacionales sobre el Envejecimiento, Helmsley Charitable Trust, una Beca de la Fundación Catharina, una Beca Hanna H. Gray del Instituto Médico Howard Hughes y el Premio Especial Salk Women & Science .