Se ha aplicado una nueva herramienta de edición de genes que ayuda a la maquinaria celular a omitir partes de los genes responsables de las enfermedades para reducir la formación de precursores de placa beta amiloide en un modelo de ratón de la enfermedad de Alzheimer, informan investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign.
La aplicación en ratones vivos muestra la eficiencia mejorada de la herramienta, llamada SPLICER, con respecto al estándar actual en tecnología de edición de genes, así como el potencial de aplicación en otras enfermedades, dijeron los investigadores. Dirigidos por Pablo Pérez-Piñera, profesor de bioingeniería en la U. de I., los investigadores publicaron sus hallazgos en la revista Comunicaciones de la naturaleza.
SPLICER utiliza un enfoque de edición de genes llamado omisión de exones, que es de particular interés para condiciones de salud causadas por mutaciones que producen proteínas mal plegadas o tóxicas, como la distrofia muscular de Duchenne o la enfermedad de Huntington.
«El ADN contiene las instrucciones para construir todo lo que es responsable del funcionamiento de las células. Así que es como un libro de recetas que contiene instrucciones muy detalladas para cocinar», dijo Pérez-Piñera. «Pero hay grandes regiones de ADN que no codifican nada. Es como si comienzas la receta para una cena de pavo y luego tocas una nota que dice ‘continúa en la página 10′». Después de la página 10, «continúa en la página 25». Las páginas intermedias son un galimatías.
«Pero digamos que en una de las páginas de recetas (en genética, un exón) hay un error tipográfico que hace que el pavo no sea comestible o incluso venenoso. Si no podemos corregir el error tipográfico directamente, podríamos modificar la nota anterior para enviarle a la página siguiente, saltando la página con el error, para que al final puedas hacer un pavo comestible. Aunque podrías perder la salsa que estaba en la página omitida, aún cenarías en la misma. manera, si nosotros «Puede omitir la parte del gen con la mutación tóxica, la proteína resultante aún podría tener suficiente función para desempeñar sus funciones críticas».
SPLICER se basa en la popular plataforma de edición de genes CRISPR-Cas9, con cambios clave. Los sistemas CRISPR-Cas9 requieren una secuencia de ADN específica para adherirse, lo que limita qué genes pueden editarse. SPLICER utiliza enzimas Cas9 más nuevas que no necesitan esa secuencia, abriendo la puerta a nuevos objetivos como el gen relacionado con el Alzheimer en el que se centró el grupo de Illinois.
«Otro problema que abordamos en nuestro trabajo es la precisión en lo que se omite», dijo el estudiante graduado Angelo Miskalis, coautor del artículo. «Con las técnicas actuales de omisión de exones, a veces no se omite todo el exón, por lo que todavía hay parte de la secuencia que no queremos expresar. En la analogía del libro de cocina, es como intentar omitir una página, pero la nueva página comienza en en mitad de una frase, y ahora la receta no tiene sentido. Queríamos evitarlo».
Hay dos áreas de secuencia clave que rodean un exón y que le indican a la maquinaria celular qué partes de un gen usar para producir proteínas: una al principio y otra al final. Si bien la mayoría de las herramientas de omisión de exones apuntan solo a una secuencia, SPLICER edita tanto la secuencia inicial como la final. Como resultado, los exones objetivo se omiten de manera más eficiente, dijo Miskalis.
El grupo de Illinois eligió apuntar a un gen del Alzheimer para la primera demostración de las capacidades terapéuticas de SPLICER porque, si bien el gen objetivo ha sido bien estudiado, la omisión eficiente de exones sigue siendo difícil de alcanzar en los organismos vivos. Los investigadores se dirigieron a un exón específico que codifica una secuencia de aminoácidos dentro de una proteína que se escinde para formar beta-amiloide, que se acumula para formar placas en las neuronas del cerebro a medida que avanza la enfermedad.
En neuronas cultivadas, SPLICER redujo eficazmente la formación de beta-amiloide. Al analizar la producción de ADN y ARN de los cerebros de ratones, los investigadores encontraron que el exón objetivo disminuyó en un 25% en los ratones tratados con SPLICER, sin evidencia de efectos fuera del objetivo.
«Cuando intentamos originalmente apuntar a este exón con técnicas más antiguas, no funcionó», dijo la estudiante graduada Shraddha Shirguppe, también coautora del estudio. «La combinación de los editores base más nuevos con la edición de empalme dual omitió el exón a un ritmo mucho mejor que el que pudimos lograr anteriormente con cualquiera de los métodos disponibles. Pudimos demostrar que no solo podía omitir mejor el exón completo, sino que también reducía el proteína que produce la placa en estas células».
«La omisión de exones sólo funciona si la proteína resultante sigue siendo funcional, por lo que no puede tratar todas las enfermedades con una base genética. Ésa es la limitación general del enfoque», dijo Pérez-Piñera. «Pero para enfermedades como el Alzheimer, el Parkinson, la distrofia muscular de Huntington o la distrofia muscular de Duchenne, este enfoque tiene un gran potencial. El siguiente paso inmediato es analizar la seguridad de eliminar los exones específicos en estas enfermedades y asegurarnos de que no estemos creando «Una nueva proteína que es tóxica o que carece de una función clave. También necesitaríamos realizar estudios en animales a más largo plazo y ver si la enfermedad progresa con el tiempo».
En Illinois, Pérez-Piñera también está afiliado al departamento de Fisiología Molecular e Integrativa, la Facultad de Medicina Carle Illinois, el Centro de Cáncer de Illinois y el Instituto Carl R. Woese de Biología Genómica. Los profesores de Bioingeniería de la U. of I. Sergei Maslov y Thomas Gaj fueron coautores del artículo. Los Institutos Nacionales de Salud, la Asociación de Distrofia Muscular, la Asociación Estadounidense del Corazón, la Fundación de la Enfermedad de Parkinson y la Fundación Simons apoyaron este trabajo.
Este trabajo fue apoyado por las subvenciones de los Institutos Nacionales de Salud 1U01NS122102, 1R01NS123556, 1R01GM141296, 1R01GM127497, T32EB019944 y 1R01GM131272.
