Las mutaciones genéticas que causan una enfermedad renal hereditaria debilitante que afecta a niños y adultos jóvenes se han reparado en células renales derivadas de pacientes utilizando un kit de reparación de ADN potencialmente revolucionario. El avance, desarrollado por científicos de la Universidad de Bristol, se publica en Investigación de ácidos nucleicos.
En este nuevo estudio, el equipo internacional describe cómo crearon un vehículo de reparación del ADN para reparar genéticamente la podocina defectuosa, una causa genética común del síndrome nefrótico resistente a los esteroides hereditario (SRNS).*
La podocina es una proteína que normalmente se encuentra en la superficie de las células renales especializadas y es esencial para la función renal. Sin embargo, la podocina defectuosa permanece atrapada dentro de la célula y nunca llega a la superficie, lo que daña de forma terminal a los podocitos. Dado que la enfermedad no se puede curar con medicamentos, la terapia génica que repara las mutaciones genéticas que causan la podocina defectuosa ofrece esperanza a los pacientes.
Normalmente, los virus humanos se han utilizado en aplicaciones de terapia génica para realizar reparaciones genéticas. Estos se utilizan como un ‘Caballo de Troya’ para ingresar a las celdas que contienen los errores. Los sistemas dominantes actualmente incluyen lentivirus (LV), adenovirus (AV) y virus adenoasociados (AAV), que son virus relativamente inofensivos que infectan fácilmente a los humanos. Sin embargo, todos estos virus comparten la misma limitación en el sentido de que están restringidos en el espacio dentro de sus caparazones virales. Esto, a su vez, limita la cantidad de carga que pueden entregar, es decir, el kit de ADN necesario para una reparación genética eficiente, lo que limita significativamente el alcance de su aplicación en la terapia génica.
Mediante la aplicación de técnicas de biología sintética, el equipo dirigido por el Dr. Francesco Aulicino y el profesor Imre Berger de la Escuela de Bioquímica de Bristol, rediseñó el baculovirus, un virus de insecto inofensivo para los humanos que ya no está limitado por la capacidad de carga limitada.
«Lo que distingue a los baculovirus de LV, AV y AAV es la falta de una cubierta rígida que encapsule el espacio de carga». dijo el Dr. Francesco Aulicino, quien dirigió el estudio. El caparazón del baculovirus se asemeja a un palo hueco: simplemente se vuelve más largo cuando aumenta la carga. Esto significa que el baculovirus puede proporcionar un conjunto de herramientas mucho más sofisticado para reparar un defecto genético, lo que lo hace mucho más versátil que los sistemas de uso común.
Primero, el baculovirus tenía que estar equipado para penetrar en las células humanas, lo que normalmente no haría. Decoramos el baculovirus con proteínas que le permitieron ingresar a las células humanas de manera muy eficiente”. explicó el Dr. Aulicino. Este baculovirus modificado se considera seguro, ya que solo podría multiplicarse en el insecto, pero no en las células humanas. Luego, los científicos utilizaron su baculovirus diseñado para entregar piezas de ADN mucho más grandes de lo que era posible anteriormente, y construirlas en los genomas de una amplia gama de células humanas.
El ADN en el genoma humano comprende 3 mil millones de pares de bases que componen ~25,000 genes, que codifican las proteínas que son esenciales para las funciones celulares. Si se producen pares de bases defectuosos en nuestros genes, se producen proteínas defectuosas que pueden enfermarnos y provocar una enfermedad hereditaria. La terapia génica promete la reparación de enfermedades hereditarias desde su misma raíz, al rectificar tales errores en nuestros genomas. Los enfoques de edición de genes, en particular los métodos basados en CRISPR/Cas, han avanzado mucho en el campo al permitir la reparación genética con precisión de pares de bases.
El equipo utilizó podocitos derivados de pacientes que portaban el error causante de la enfermedad en el genoma para demostrar la aptitud de su tecnología. Al crear un kit de reparación de ADN, que consta de tijeras a base de proteínas y las moléculas de ácido nucleico que las guían, y las secuencias de ADN para reemplazar el gen defectuoso, el equipo entregó con un solo baculovirus diseñado una copia sana del gen de la podocina concomitante con el Maquinaria CRISPR/Cas para insertarlo con precisión de pares de bases en el genoma. Esto pudo revertir el fenotipo causante de la enfermedad y restaurar la podocina en la superficie celular.
El profesor Imre Berger explica: «Anteriormente habíamos usado baculovirus para infectar células de insectos cultivadas para producir proteínas recombinantes para estudiar su estructura y función». Este método, llamado MultiBac, desarrollado por el laboratorio de Berger, ha tenido un gran éxito para hacer complejos multiproteicos muy grandes con muchas subunidades, en laboratorios de todo el mundo. «MultiBac ya aprovechó la flexibilidad de la cubierta del baculovirus para entregar grandes piezas de ADN en las células de insectos cultivadas, indicándoles que ensamblaran las proteínas que nos interesaban». Cuando los científicos se dieron cuenta de que la misma propiedad podría potencialmente transformar la terapia génica en células humanas, se pusieron a trabajar para crear su nuevo sistema descrito en su publicación.
El Dr. Aulicino agregó: «Hay muchas vías para utilizar nuestro sistema. Además de la reparación de podocina, pudimos demostrar que podemos corregir simultáneamente muchos errores en lugares muy diferentes del genoma de manera eficiente, mediante el uso de nuestro único sistema de administración de baculovirus y el más reciente. técnicas de edición disponibles».
«SRNS es una de las enfermedades genéticas más comunes que afectan al riñón», dijo el profesor Moin Saleem, un destacado experto en la terapia génica de la enfermedad renal hereditaria en Bristol Renal. «SRNS se caracteriza por insuficiencia renal a una edad temprana, lo que lleva a una pérdida severa en la calidad de vida de los afectados».
El profesor Gavin Welsh, profesor de Biología de Células Renales en Bristol Renal, concluyó: «Estos resultados son muy alentadores. Este nuevo enfoque promovido por el equipo de Berger es prometedor no solo para SRNS, sino también para una variedad de otras enfermedades genéticas del riñón, donde la reparación genética eficiente no es factible con la tecnología actual. Es un largo camino por recorrer para implementar un nuevo sistema de vectores para aplicaciones clínicas, pero creemos que las ventajas que ofrece hacen que esta sea una empresa que valga la pena».
Esta investigación recibió financiación del Consejo Europeo de Investigación (ERC), Kidney Research UK (KRUK) y el Centro de Investigación de Biología Sintética EPSRC/BBSRC de Bristol BrisSynBio.
*Acerca del síndrome nefrótico resistente a esteroides (SRNS)
El SRNS hereditario es una enfermedad renal devastadora que afecta a niños y adultos jóvenes. Es causada por mutaciones en genes que son importantes en la función de la célula de filtración especializada del riñón, llamada podocito. Actualmente, estos trastornos no tienen terapia disponible y dan como resultado una aparición rápida de insuficiencia renal, que requiere diálisis y trasplante.
