Herramientas como CRISPR, que cortan el ADN para alterar su secuencia, se acercan tentadoramente a la clínica como tratamiento para algunas enfermedades genéticas. Pero lejos del centro de atención, los investigadores están cada vez más entusiasmados con una alternativa que deja una secuencia de ADN sin cambios. Estas herramientas moleculares se dirigen al epigenoma, las etiquetas químicas que adornan el ADN y las proteínas que lo rodean que gobiernan la expresión de un gen y cómo se comporta en última instancia.
Una ráfaga de estudios en los últimos años en ratones sugiere que la edición del epigenoma es una forma potencialmente más segura y flexible de activar o desactivar genes que la edición del ADN. En un ejemplo descrito el mes pasado en una reunión de terapia génica en Washington, DC, un equipo italiano redujo la expresión de un gen en ratones para reducir los niveles de colesterol de los animales durante meses. Otros grupos están explorando la edición del epigenoma para tratar todo, desde el cáncer hasta el dolor y la enfermedad de Huntington, un trastorno cerebral fatal.
A diferencia de la edición de ADN, donde los cambios son permanentes y pueden incluir resultados no deseados, es menos probable que las ediciones epigenómicas causen efectos nocivos fuera del objetivo y se pueden revertir. También pueden ser más sutiles, aumentando o disminuyendo ligeramente la actividad de un gen, en lugar de destruirlo con toda su fuerza o borrarlo por completo. “Lo emocionante es que hay tantas cosas diferentes que se pueden hacer con la tecnología”, dice Charles Gersbach, investigador de edición del epigenoma desde hace mucho tiempo en la Universidad de Duke.
Agregar o quitar las etiquetas químicas en el ADN y las proteínas histonas alrededor de las cuales se enrolla (ver ilustración, p. 1035) puede silenciar un gen o exponer su secuencia de bases de ADN a otras proteínas que lo activan. Algunos medicamentos contra el cáncer eliminan o agregan estas etiquetas químicas, pero como combatientes de enfermedades han tenido un éxito limitado. Un problema es que los medicamentos no están enfocados y actúan sobre muchos genes a la vez, no solo sobre los relacionados con el cáncer, lo que significa que tienen efectos secundarios tóxicos.
Pero la edición del epigenoma se puede hacer precisa aprovechando las mismas enzimas que usan las células para activar y desactivar sus genes. Los investigadores adjuntan componentes clave de esas proteínas a una proteína de edición de genes, como una versión «muerta» de la proteína Cas9 de CRISPR, capaz de ubicarse en un lugar específico del genoma pero incapaz de cortar el ADN. Sus efectos pueden variar: un editor podría eliminar las etiquetas de las histonas para activar un gen, mientras que otro podría agregar grupos metilo al ADN para reprimirlo.
Hace dos décadas, la compañía de biotecnología Sangamo Therapeutics diseñó un editor de epigenoma utilizando este método que arrojó un gen llamado VEGF, que ayuda a promover el crecimiento de los vasos sanguíneos, con la esperanza de restaurar el flujo sanguíneo en personas con neuropatía por diabetes. La compañía inyectó ADN que codifica el editor en los músculos de las piernas de unos 70 pacientes en un ensayo clínico, pero el tratamiento no funcionó muy bien. “No pudimos entregarlo de manera eficiente” al tejido muscular, dice Fyodor Urnov, un ex científico de Sangamo que ahora trabaja en el Instituto de Genómica Innovadora de la Universidad de California (UC), Berkeley.
Entonces, la compañía recurrió a un virus adenoasociado (AAV), un virus inofensivo utilizado durante mucho tiempo en la terapia génica para administrar ADN de manera eficiente a las células. Se pensó que la maquinaria de producción de proteínas de la célula usaría el ADN que codifica un editor de epigenoma para producir un suministro constante. Esta estrategia parece más esperanzadora: en los últimos 3 años, Sangamo informó que en ratones, puede reducir los niveles cerebrales de tauuna proteína involucrada en la enfermedad de Alzheimer, así como niveles de la proteína que causa la enfermedad de Huntington.
Otros equipos que trabajan con ratones están utilizando el enfoque de administración de AAV para aumentar los niveles anormalmente bajos de una proteína para tratar una forma hereditaria de obesidadtanto como Síndrome de Dravet, una forma grave de epilepsia. El año pasado, un grupo utilizó la edición del epigenoma para desactivar un gen implicado en la percepción del dolor durante meses, una posible alternativa a los fármacos opioides. Otro equipo activó recientemente un gen con un editor de epigenoma entregado por un virus diferente al AAV. Lo inyectaron en ratas jóvenes expuestas al alcohol; el alcohol amortiguaba la actividad de un gen, lo que a su vez dejaba a los animales ansiosos y propensos a beber. El editor de epigenoma volvió a despertar el gen y alivió los síntomas, informó el equipo en mayo en Avances de la ciencia.
Tomando el control
En la edición del epigenoma, una herramienta de edición de genes, como una versión «muerta» de la proteína Cas9 de CRISPR, se concentra en un gen. Luego, una proteína «efectora» adjunta agrega o elimina etiquetas químicas en el ADN y las proteínas histonas alrededor de las cuales se enrolla, aumentando o disminuyendo la actividad del gen.
Los AAV que están probando muchos grupos son caros y estos transportadores de ADN, junto con las proteínas extrañas que codifican, pueden desencadenar una respuesta inmunitaria. Otro inconveniente es que el bucle de ADN que codifica el editor del epigenoma se pierde gradualmente en las células cuando se dividen.
El mes pasado, en la reunión anual de la Sociedad Estadounidense de Terapia Genética y Celular en Washington, DC, los expertos en edición de genes ofrecieron una alternativa para evitar las desventajas de los AAV. Un paso clave para el grupo, dirigido por Angelo Lombardo en el Instituto de Terapia Génica San Raffaele Telethon, se produjo en 2016, cuando él, Luigi Naldini y otros informaron en Célula que agregar un cóctel de tres editores de epigenoma diferentes a las células en una placa de Petri reprimió la expresión génica y que esto perduró a medida que las células se dividían.
Esto significaba que, en lugar de depender de los AAV para transportar ADN para sus editores de epigenoma, y forzar una expresión interminable, podían usar nanopartículas lipídicas, una especie de burbuja de grasa, para llevar su modelo como ARN mensajero (ARNm). De esta manera, las células producen la proteína solo por un breve período de tiempo, lo que es menos probable que desencadene una respuesta inmunitaria o realice modificaciones en el epigenoma en lugares no deseados. Estas nanopartículas se consideran seguras en general, especialmente después de haber sido inyectadas en cientos de millones de personas en los últimos 2 años para administrar ARNm para las vacunas COVID-19.
El equipo italiano tardó varios años más en convertir su estudio de laboratorio en un éxito en un animal. En la reunión de genómica, el postdoctorado Martino Cappelluti del laboratorio de Lombardo detalló cómo el equipo inyectó a los ratones partículas de grasa que contenían ARNm que codificaba editores del epigenoma diseñados para silenciar un gen vivo. PCSK9, que influye en los niveles de colesterol. La estrategia funcionó, con una inyección suprimir los niveles sanguíneos de la proteína PCSK9 en un 50 % y reducir drásticamente el colesterol de lipoproteínas de baja densidad o colesterol «malo» durante al menos 180 días.
“Lo veo como un avance formidable”, dice Urnov, quien espera que el enfoque de nanopartículas lipídicas pronto se extienda a otros genes de enfermedades. “La clave aquí es que no es necesario tener una expresión continua del editor del epigenoma”, dice Jonathan Weissman del Instituto Whitehead. El trabajo codirigido por Weissman se informó el año pasado en Célula en editores de epigenoma basados en CRISPR mejorados que realizan cambios duraderos.
Los investigadores dicen que la edición del epigenoma podría ser especialmente útil para controlar más de un gen, lo que es más difícil de hacer de manera segura con la edición del ADN. Podría tratar enfermedades como el síndrome de Dravet, en el que una persona produce parte de una proteína necesaria pero no la suficiente, porque al igual que un atenuador de luz, la estrategia puede modular la expresión génica sin activarla o desactivarla por completo. Varias empresas nuevas esperan comercializar tratamientos utilizando editores de epigenoma. (Gersbach y Urnov fundaron uno, Tune Therapeutics; Lombardo, Naldini y Weissman se encuentran entre los fundadores de otro, Chroma Medicine).
A pesar de la emoción, los investigadores advierten que llevará tiempo que la edición del epigenoma tenga un impacto amplio. Los editores no siempre funcionan como se anuncia en algunos genes, dice el investigador de epigenética de UC Davis, David Segal. Esto puede deberse en parte a que, como le preocupa al investigador de epigenética John Stamatoyannopoulos de la Universidad de Washington, Seattle, los investigadores no entienden exactamente qué hacen los editores una vez que se infiltran en las células. “Es una caja negra”, dice.
Aún así, Stamatoyannopoulos está de acuerdo en que la edición del epigenoma es una «tremenda promesa». Ahora, los investigadores necesitan afinar sus editores de epigenoma, probarlos en otros genes y tejidos de enfermedades, y probarlos en animales más grandes por seguridad antes de pasar a las personas.
