Los científicos han descubierto cómo modificar la arquitectura básica de CRISPR para extender su alcance más allá del genoma y hacia lo que se conoce como epigenoma: proteínas y moléculas pequeñas que se adhieren al ADN y controlan cuándo y dónde se activan o desactivan los genes.
En un artículo publicado el 9 de abril de 2021 en la revista celda , investigadores de UC San Francisco y el Whitehead Institute describen una nueva herramienta basada en CRISPR llamada "CRISPRoff", que permite a los científicos desactivar casi cualquier gen en las células humanas sin hacer una sola edición del código genético. Los investigadores también muestranque una vez que un gen se apaga, permanece inerte en los descendientes de la célula durante cientos de generaciones, a menos que se vuelva a encender con una herramienta complementaria llamada CRISPRon, también descrita en el documento.
Debido a que el epigenoma juega un papel central en muchas enfermedades, desde la infección viral hasta el cáncer, la tecnología CRISPRoff algún día puede conducir a poderosas terapias epigenéticas. Y dado que este enfoque no implica ninguna edición de ADN, es probable que sea más seguro que el CRISPR convencionalterapéuticas, que se sabe que causan cambios no deseados y potencialmente dañinos en el genoma.
"Aunque las terapias genéticas y celulares son el futuro de la medicina, existen preocupaciones de seguridad potenciales en torno al cambio permanente del genoma, por lo que estamos tratando de encontrar otras formas de usar CRISPR para tratar enfermedades", dijo Luke Gilbert,PhD, profesora del Centro de Cáncer Integral Familiar Helen Diller de UCSF y coautora principal del nuevo artículo.
Transformación de CRISPR de genoma a editor de epigenoma
CRISPR convencional está equipado con dos piezas de hardware molecular que lo convierten en una herramienta de edición de genes eficaz. Un componente es una enzima de corte de ADN, que le da a CRISPR la capacidad de alterar las secuencias de ADN. El otro es un dispositivo de localización que puede serprogramado para concentrarse en cualquier secuencia de ADN de interés, impartiendo un control preciso sobre dónde se realizan las ediciones.
Para construir CRISPRoff, los investigadores prescindieron de la función enzimática de corte de ADN de CRISPR convencional mientras retuvieron el dispositivo de localización, creando un CRISPR reducido capaz de apuntar a cualquier gen, pero sin editarlo. Luego conectaron una enzima a este CRISPR básico.Pero en lugar de empalmar el ADN, esta enzima actúa sobre el epigenoma.
La nueva herramienta apunta a una característica epigenética particular conocida como metilación del ADN, que es una de las muchas partes moleculares del epigenoma. Cuando el ADN está metilado, una pequeña etiqueta química conocida como grupo metilo se fija al ADN, que silencia los genes cercanos.Aunque la metilación del ADN ocurre naturalmente en todas las células de mamíferos, CRISPRoff ofrece a los científicos un control sin precedentes sobre este proceso. Otra herramienta descrita en el documento, llamada CRISPRon, elimina las marcas de metilación depositadas por CRISPRoff, lo que hace que el proceso sea completamente reversible.
"Ahora tenemos una herramienta simple que puede silenciar la gran mayoría de genes", dijo Jonathan Weissman, PhD, miembro del Whitehead Institute, coautor principal del nuevo artículo y ex miembro de la facultad de UCSF. "Podemos hacer esto pormúltiples genes al mismo tiempo sin ningún daño en el ADN, y de una manera que se puede revertir. Es una gran herramienta para controlar la expresión génica ".
"Gran sorpresa" pone al día un principio básico de la epigenética
Basado en un trabajo previo de un grupo en Italia, los investigadores confiaban en que CRISPRoff sería capaz de silenciar genes específicos, pero sospechaban que alrededor del 30 por ciento de los genes humanos no responderían a la nueva herramienta.
El ADN consta de cuatro letras genéticas, A, C, G, T, pero, en general, solo las C junto a las G pueden ser metiladas. Para complicar las cosas, los científicos han creído durante mucho tiempo que la metilación solo podía silenciar los genes en sitios enel genoma donde las secuencias CG están altamente concentradas, regiones conocidas como "islas CpG".
Dado que casi un tercio de los genes humanos carecen de islas CpG, los investigadores asumieron que la metilación no apagaría estos genes. Pero sus experimentos CRISPRoff cambiaron este dogma epigenético.
"Lo que se pensaba antes de este trabajo era que el 30 por ciento de los genes que no tienen islas CpG no estaban controlados por la metilación del ADN", dijo Gilbert. "Pero nuestro trabajo muestra claramente que no se necesita una isla CpG para girargenes eliminados por metilación. Eso, para mí, fue una gran sorpresa ".
La herencia epigenética mejora el potencial terapéutico de CRISPRoff
Los editores epigenéticos fáciles de usar como CRISPRoff tienen un enorme potencial terapéutico, en gran parte porque, al igual que el genoma, el epigenoma puede heredarse.
Cuando CRISPRoff silencia un gen, el gen no solo permanece desactivado en la célula tratada, sino que también permanece desactivado en los descendientes de la célula a medida que se divide, hasta por 450 generaciones.
Para sorpresa de los investigadores, esto se mantuvo incluso en células madre maduras. Aunque la transición de célula madre a célula adulta diferenciada implica un recableado significativo del epigenoma, las marcas de metilación depositadas por CRISPRoff se heredaron fielmente en una fracción significativa de célulasque hizo esta transición.
Estos hallazgos sugieren que CRISPRoff solo necesitaría administrarse una vez para tener efectos terapéuticos duraderos, lo que lo convierte en un enfoque prometedor para tratar trastornos genéticos raros, incluido el síndrome de Marfan, que afecta el tejido conectivo, el síndrome de Job, un trastorno del sistema inmunológico yciertas formas de cáncer, que son causadas por la actividad de una sola copia dañada de un gen.
Los investigadores notaron que aunque CRISPRoff es excepcionalmente prometedor, se necesita más trabajo para realizar todo su potencial terapéutico. El tiempo dirá si CRISPRoff y tecnologías similares son realmente "el futuro de la medicina".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - San Francisco . Original escrito por Jason Alvarez. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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