Hasta hace poco, la técnica de edición del gen CRISPR-Cas9 solo podía usarse para manipular el ADN. En un estudio de 2016, los investigadores de la Facultad de Medicina de la Universidad de California en San Diego reutilizaron la técnica para rastrear el ARN en las células vivas en un método llamado selección de ARNCas9 RCas9. En un nuevo estudio, publicado el 10 de agosto en Celda , el equipo lleva a RCas9 un paso más allá: utilizan la técnica para corregir errores moleculares que conducen a enfermedades de expansión repetida de microsatélites, que incluyen distrofia miotónica tipos 1 y 2, la forma más común de ELA hereditaria y la enfermedad de Huntington.
"Esto es emocionante porque no solo nos estamos enfocando en la causa raíz de las enfermedades para las cuales no existen terapias actuales para retrasar la progresión, sino que hemos rediseñado el sistema CRISPR-Cas9 de una manera que sea factibletejidos específicos a través de un vector viral ", dijo el autor principal Gene Yeo, PhD, profesor de medicina celular y molecular en la Facultad de Medicina de la UC San Diego.
Mientras que el ADN es como el plano del arquitecto para una célula, el ARN es la interpretación del ingeniero del plano. En el dogma central de la vida, los genes codificados en el ADN en el núcleo se transcriben en ARN y los ARN llevan el mensaje al citoplasma,donde se traducen para hacer proteínas.
Las enfermedades de expansión de repetición de microsatélites surgen porque hay repeticiones errantes en las secuencias de ARN que son tóxicas para la célula, en parte porque impiden la producción de proteínas cruciales. Estos ARN repetitivos se acumulan en el núcleo o el citoplasma de las células, formando nudos densos, llamados focos.
En este estudio de prueba de concepto, el equipo de Yeo usó RCas9 para eliminar los ARN causantes de problemas asociados con enfermedades de expansión repetida de microsatélites en células derivadas de pacientes y modelos celulares de las enfermedades en el laboratorio.
Normalmente, CRISPR-Cas9 funciona así: los investigadores diseñan un ARN "guía" para que coincida con la secuencia de un gen objetivo específico. El ARN dirige la enzima Cas9 al lugar deseado en el genoma, donde corta el ADN. La célula se reparael ADN se rompe de manera imprecisa, lo que inactiva el gen, o los investigadores reemplazan la sección adyacente al corte con una versión corregida del gen. RCas9 funciona de manera similar, pero la guía de ARN dirige Cas9 a una molécula de ARN en lugar de ADN.
Los investigadores probaron el nuevo sistema RCas9 en ARN de la enfermedad de expansión repetida de microsatélites en el laboratorio. RCas9 eliminó el 95 por ciento o más de los focos de ARN vinculados a la distrofia miotónica tipo 1 y tipo 2, un tipo de ELA y enfermedad de Huntington. El enfoque tambiéneliminó el 95 por ciento de los ARN repetidos aberrantes en células de pacientes con distrofia miotónica cultivadas en el laboratorio.
Otra medida de éxito se centró en MBNL1, una proteína que normalmente se une al ARN, pero que es secuestrada de cientos de sus objetivos de ARN naturales por los focos de ARN en la distrofia miotónica tipo 1. Cuando los investigadores aplicaron RCas9, revirtieron el 93 por ciento de estosobjetivos de ARN disfuncionales en las células musculares del paciente, y las células finalmente se parecían a las células de control sanas.
Si bien este estudio proporciona la evidencia inicial de que el enfoque funciona en el laboratorio, hay un largo camino por recorrer antes de que RCas9 pueda ser probado en pacientes, explicó Yeo.
Un cuello de botella es la entrega eficiente de RCas9 a las células del paciente. Los virus adenoasociados no infecciosos se usan comúnmente en la terapia génica, pero son demasiado pequeños para contener Cas9 para atacar el ADN. El equipo de Yeo hizo una versión más pequeña de Cas9 eliminando regionesde la proteína que era necesaria para la escisión del ADN, pero prescindible para la unión del ARN.
"Lo principal que aún no sabemos es si los vectores virales que entregan RCas9 a las células provocarían una respuesta inmune", dijo. "Antes de que esto pueda probarse en humanos, necesitaríamos probarlo enmodelos animales, determinar posibles toxicidades y evaluar la exposición a largo plazo "
Para hacer esto, Yeo y sus colegas lanzaron una empresa spin-out llamada Locana para manejar los pasos preclínicos necesarios para trasladar RCas9 del laboratorio a la clínica para enfermedades basadas en ARN, como las que surgen de las expansiones repetidas de microsatélites.
"Estamos realmente entusiasmados con este trabajo porque no solo definimos un nuevo mecanismo terapéutico potencial para CRISPR-Cas9, sino que demostramos cómo podría usarse para tratar una clase completa de afecciones para las cuales no hay opciones de tratamiento exitosas", dijoDavid Nelles, PhD, co-primer autor del estudio con Ranjan Batra, PhD, ambos investigadores posdoctorales en el laboratorio de Yeo.
"Hay más de 20 enfermedades genéticas causadas por expansiones de microsatélites en diferentes lugares del genoma", dijo Batra. "Nuestra capacidad para programar el sistema RCas9 para atacar diferentes repeticiones, combinado con un bajo riesgo de efectos fuera del objetivo, es sumayor fuerza "
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Materiales proporcionado por Universidad de California San Diego Health . Original escrito por Heather Buschman, PhD. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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