MADRID, 8 Sep. (EUROPA PRESS) -
Los investigadores han desarrollado un sistema CRISPR-Cas compacto y eficiente, denominado 'CasMINI', podría ser útil para aplicaciones de ingeniería celular y terapia génica porque es más fácil de introducir en las células, según publican en la revista 'Molecular Cell'.
"Se trata de un paso fundamental para las aplicaciones de ingeniería genómica de CRISPR --afirma el autor principal del estudio, Stanley Qi, de la Universidad de Stanford, en Estados Unidos--. El trabajo presenta la CRISPR más pequeña hasta la fecha, según nuestros conocimientos, como tecnología de edición del genoma. Si la gente piensa a veces en Cas9 como en unas tijeras moleculares, aquí hemos creado una navaja suiza con múltiples funciones y no se trata de una grande, sino de una miniatura que es muy portátil para facilitar su uso", ejemplifica.
El desarrollo de los sistemas CRISPR-Cas para células humanas ha revolucionado la ingeniería del genoma. Estos sistemas ofrecen oportunidades para el desarrollo de terapias génicas para una variedad de enfermedades genéticas. Sin embargo, su gran tamaño suele restringir su introducción en las células y, por lo tanto, impide las aplicaciones clínicas.
Por ejemplo, el virus adeno-asociado (AAV), un vector ampliamente aplicado para la entrega in vivo, tiene una capacidad limitada de empaquetamiento de la carga útil (menos de 4,7 kb), y muchas proteínas de fusión Cas superan este límite. Por ello, es necesario diseñar sistemas Cas altamente eficientes y compactos para facilitar la próxima generación de aplicaciones de ingeniería genómica.
Una posible solución es Cas12f, también conocida como Cas14. Con un tamaño de entre 400 y 700 aminoácidos, la proteína tiene menos de la mitad del tamaño de los sistemas CRISPR utilizados actualmente, como Cas9 o Cas12a. Pero hasta ahora no estaba claro si esta proteína compacta podía utilizarse en células de mamíferos.
"En los últimos años se han identificado miles de CRISPR, que se conocen como el sistema de defensa de la inmunidad de las bacterias --explica Qi--. Sin embargo, más del 99,9% de las CRISPR descubiertas no pueden funcionar en células humanas, lo que limita su uso como tecnologías de edición del genoma".
En el nuevo estudio, Qi y su equipo aplicaron la ingeniería de ARN y proteínas al sistema Cas12f para generar un sistema Cas en miniatura eficiente para la ingeniería del genoma de mamíferos. La proteína Cas12f natural y su ARN monoguía, derivados de las arqueas, no mostraban una actividad detectable en las células de mamíferos. Mediante la optimización del diseño del ARN de guía única y la realización de múltiples rondas de ingeniería y cribado iterativo de proteínas, los investigadores generaron una clase de variantes de Cas12f denominada CasMINI.
Las variantes de la proteína Cas12f, combinadas con los ARN de guía única diseñados, mostraron una eficiente actividad de regulación y edición de genes. Los investigadores demostraron que CasMINI puede impulsar altos niveles de activación génica comparables a los asociados a Cas12a y permite una robusta edición de bases y de genes. Además, es altamente específico y no produce efectos detectables fuera del objetivo.
"Aquí convertimos un CRISPR que no funciona en células de mamífero, a través de la ingeniería racional del ARN y la ingeniería de proteínas, en uno que funciona con gran eficacia --afirma Qi--. Otros han intentado mejorar el rendimiento de las CRISPR que funcionan. Pero nuestro trabajo es el primero en hacer funcionar una que no funciona. Esto pone de manifiesto el poder de la bioingeniería para lograr algo que la evolución aún no ha hecho".
El tamaño de la molécula CasMINI modificada es de sólo 529 aminoácidos. Este pequeño tamaño la hace adecuada para una amplia gama de aplicaciones terapéuticas. Por ejemplo, las proteínas de fusión CasMINI son muy adecuadas para el envasado de AAV.
Además, el ARNm de CasMINI puede empaquetarse fácilmente en nanopartículas lipídicas u otras modalidades de administración de ARN, lo que podría mejorar su entrada en las células. Su pequeño tamaño y el hecho de que no sea un patógeno humano pueden hacer que sea menos probable que produzca respuestas inmunitarias que las grandes cargas de proteínas.
Señalan que es necesario seguir trabajando para optimizar la eficacia de CasMINI en la edición de bases y de genes y para comprobar el rendimiento del sistema in vivo con diferentes modalidades de administración. Los investigadores planean probar el sistema para aplicaciones de terapia génica in vivo.
"La disponibilidad de un CasMINI en miniatura permite nuevas aplicaciones, que van desde las aplicaciones in vitro, como la ingeniería de mejores linfocitos asesinos de tumores o la reprogramación de células madre, hasta la terapia génica in vivo para tratar enfermedades genéticas en el ojo, el músculo o el hígado --afirma Qi--. Está en nuestra lista de deseos que se convierta en una terapia para tratar enfermedades genéticas, curar el cáncer y revertir la degeneración de órganos".
