En un nuevo estudio en células, los investigadores de la Universidad de Illinois han adaptado la tecnología de edición de genes CRISPR para hacer que la maquinaria interna de la célula omita una pequeña porción de un gen al transcribirlo en una plantilla para la construcción de proteínas. Esto les brinda a los investigadores una manerano solo para eliminar una secuencia de genes mutados, sino también para influir en cómo se expresa y regula el gen.
Tal edición dirigida podría algún día ser útil para tratar enfermedades genéticas causadas por mutaciones en el genoma, como la distrofia muscular de Duchenne, la enfermedad de Huntington o algunos tipos de cáncer.
Las tecnologías CRISPR normalmente apagan los genes al romper el ADN al comienzo de un gen objetivo, lo que induce mutaciones cuando el ADN se une de nuevo. Este enfoque puede causar problemas, como la ruptura del ADN en otros lugares que no sean el objetivo deseado y el rotoADN que se vuelve a unir a diferentes cromosomas.
La nueva técnica CRISPR-SKIP, descrita en la revista biología del genoma , no rompe las cadenas de ADN, sino que altera un solo punto en la secuencia de ADN objetivo.
"Dados los problemas con la edición tradicional de genes al romper el ADN, tenemos que encontrar formas de optimizar las herramientas para lograr la modificación genética. Esta es una buena porque podemos regular un gen sin romper el ADN genómico", dijo el profesor de bioingeniería de Illinois PabloPérez-Pinera, quien dirigió el estudio con el profesor de física de Illinois Jun Song. Ambos están afiliados al Instituto Carl R. Woese para biología genómica en la U. de I.
En las células de mamíferos, los genes se dividen en segmentos llamados exones que se intercalan con regiones de ADN que no parecen codificar nada. Cuando la maquinaria de la célula transcribe un gen en ARN para traducirlo en una proteína, hay señalesen la secuencia de ADN que indica qué porciones son exones y cuáles no son parte del gen. La célula empalma el ARN transcrito de las porciones de codificación para obtener una plantilla de ARN continua que se usa para producir proteínas.
CRISPR-SKIP altera una sola base antes del comienzo de un exón, haciendo que la célula lo lea como una porción no codificante.
"Cuando la célula trata el exón como ADN no codificante, ese exón no está incluido en el ARN maduro, eliminando efectivamente los aminoácidos correspondientes de la proteína", dijo Michael Gapinske, un estudiante graduado de bioingeniería y primer autor del artículo.
Si bien la omisión de exones da como resultado proteínas a las que les faltan algunos aminoácidos, las proteínas truncadas resultantes a menudo retienen actividad parcial o total, lo que puede ser suficiente para restaurar la función en algunas enfermedades genéticas, dijo Pérez-Pinera, quien también es profesoren la Carle Illinois College of Medicine.
Existen otros enfoques para omitir exones o eliminar aminoácidos, pero dado que no alteran permanentemente el ADN, brindan solo un beneficio temporal y requieren administraciones repetidas durante la vida del paciente, dijeron los investigadores.
"Al editar una sola base en el ADN genómico usando CRISPR-SKIP, podemos eliminar los exones de forma permanente y, por lo tanto, lograr una corrección duradera de la enfermedad con un solo tratamiento", dijo Alan Luu, un estudiante de posgrado de física y co-primer autor del estudio: "El proceso también es reversible si tuviéramos que volver a encender un exón".
Los investigadores probaron la técnica en múltiples líneas celulares de ratones y humanos, tanto sanos como cancerosos.
"Lo probamos en tres líneas celulares de mamíferos diferentes para demostrar que se puede aplicar a diferentes tipos de células. También lo demostramos en líneas celulares de cáncer porque queríamos demostrar que podíamos apuntar a los oncogenes", dijo Song.no lo he usado en vivo; ese será el próximo paso "
Secuenciaron el ADN y el ARN de las células tratadas y descubrieron que el sistema CRISPR-SKIP podría apuntar a bases específicas y omitir exones con alta eficiencia, y también demostraron que los CRISPR-SKIP dirigidos de manera diferente se pueden combinar para omitir múltiples exones en un gensi es necesario. Los investigadores esperan probar su eficacia en animales vivos: el primer paso para evaluar su potencial terapéutico.
"En la distrofia muscular de Duchenne, por ejemplo, solo corregir del 5 al 10 por ciento de las células es suficiente para lograr un beneficio terapéutico. Con CRISPR-SKIP, hemos visto tasas de modificación de más del 20 al 30 por ciento en muchas de las célulaslíneas que hemos estudiado ", dijo Pérez-Piñera.
El grupo creó una herramienta web que permite a otros investigadores buscar si un exón podría ser atacado con la técnica CRISPR-SKIP mientras minimiza las posibilidades de que se una a sitios similares en el genoma.
Dado que los investigadores vieron algunas mutaciones en sitios fuera del objetivo, están trabajando para hacer que CRISPR-SKIP sea aún más eficiente y específico.
"La biología es compleja. El genoma humano tiene más de tres mil millones de bases. Por lo tanto, la posibilidad de aterrizar en un lugar similar a la región prevista no es insignificante y es algo a tener en cuenta con cualquier técnica de edición de genes", dijo Song"La razón por la que pasamos tanto tiempo secuenciando extensivamente para buscar mutaciones fuera del objetivo es que podría ser una barrera importante para las aplicaciones médicas. Esperamos que las futuras mejoras a las tecnologías de edición de genes aumenten la especificidad de CRISPR-SKIP para que podamoscomenzar a abordar algunos de los problemas que han impedido que la terapia génica se aplique ampliamente en la clínica ".
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Materiales proporcionado por Universidad de Illinois en Urbana-Champaign . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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