MADRID, 27 Oct. (EUROPA PRESS) -
Científicos del Instituto Broad y el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT, por sus siglas en inglés), en Estados Unidos, quienes primero utilizaron CRISPR para la edición del genoma de mamíferos, han diseñado un nuevo sistema molecular para editar eficientemente el ARN en las células humanas. La edición de ARN, que puede alterar los productos genéticos sin realizar cambios en el genoma, tiene un gran potencial como herramienta tanto para la investigación como para el tratamiento de enfermedades.
En un documento publicado este miércoles en 'Science', el autor principal Feng Zhang y su equipo describen el nuevo sistema basado en CRISPR, llamado edición de ARN para el reemplazo programable A a I, o "REPAIR, por sus siglas en inglés, que significa reparación. El sistema puede cambiar nucleósidos de ARN individuales en células de mamífero de una manera programable y precisa. REPAIR tiene la capacidad de revertir las mutaciones que causan enfermedades a nivel de ARN, así como otras posibles aplicaciones terapéuticas y de ciencia básica.
"La capacidad de corregir las mutaciones que causan enfermedades es uno de los principales objetivos de la edición del genoma", dice Zhang, miembro central del Instituto Broad e investigador del Instituto McGovern para la Investigación del Cerebro en el MIT. "Hasta ahora, nos hemos vuelto muy buenos en la desactivación de genes, pero en realidad recuperar la función de proteínas perdidas es mucho más difícil. Esta nueva capacidad para editar ARN abre más oportunidades potenciales para recuperar esa función y tratar muchas enfermedades, en casi cualquier tipo de célula", apunta.
REPAIR tiene la capacidad de dirigir letras de ARN individuales, o nucleósidos, cambiando las adenosinas a inosinas (leídas como guanosinas por la célula). Estas letras están involucradas en cambios de una sola base que se sabe que causan regularmente enfermedades en los humanos. En la enfermedad humana, una mutación de G a A es extremadamente común; estas alteraciones han sido implicadas, por ejemplo, en casos de epilepsia focal, distrofia muscular de Duchenne y enfermedad de Parkinson. REPAIR tiene la capacidad de revertir el impacto de cualquier mutación patógena de G a A independientemente de su secuencia de nucleótidos circundante, con el potencial de funcionar en cualquier tipo de célula.
A diferencia de los cambios permanentes en el genoma necesarios para la edición de ADN, la edición de ARN ofrece una forma más segura y flexible de realizar correcciones en la célula. "REPAIR puede corregir mutaciones sin alterar el genoma, y dado que el ARN se degrada naturalmente, es una solución potencialmente reversible", explica el coautor David Cox, estudiante graduado en el laboratorio de Zhang.
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Para crear REPAIR, los investigadores diseñaron sistemáticamente la familia de enzimas CRISPR-Cas13 para posibles candidatos "editores" (a diferencia de Cas9, las proteínas Cas13 se dirigen y cortan el ARN). Seleccionaron una enzima de la bacteria 'Prevotella', llamada PspCas13b, que fue la más efectiva para inactivar el ARN. El equipo diseñó una variante desactivada de PspCas13b que aún se une a tramos específicos de ARN, pero carece de su actividad "similar a tijeras", y la fusionó a una proteína llamada ADAR2, que transforma el nucleósido adenosina en inosina en las transcripciones de ARN.
En REPAIR, la enzima Cas13b desactivada busca una secuencia diana de ARN, y el elemento ADAR2 realiza la conversión de nucleósidos sin cortar la transcripción ni depender de ninguna de las máquinas nativas de la célula. El equipo modificó aún más el sistema de edición para mejorar su especificidad, reduciendo las ediciones detectables fuera del objetivo de 18.385 a solo 20 en todo el transcriptoma.
La versión mejorada, REPAIRv2, logró consistentemente la edición deseada en entre un 20 a un 40 por ciento, y hasta un 51 por ciento, de un ARN objetivo sin signos de actividad significativa fuera de la diana. "El éxito que tuvimos en la creación de este sistema es alentador, y hay signos claros de que REPAIRv2 puede evolucionar aún más para una actividad más robusta manteniendo la especificidad", afirma el primer autor, Omar Abudayyeh, estudiante graduado en el laboratorio de Zhang.
Para demostrar el potencial terapéutico de REPAIR, el equipo sintetizó las mutaciones patogénicas que causan la anemia de Fanconi y la diabetes insípida nefrógena ligada a X, las introdujo en las células humanas y corrigió con éxito estas mutaciones a nivel de ARN. Para impulsar aún más las perspectivas terapéuticas, el equipo planea mejorar la eficiencia de REPAIRv2 y empaquetarlo en un sistema de administración apropiado para introducir REPAIRv2 en tejidos específicos en modelos animales.
Los científicos también están trabajando en herramientas adicionales para otros tipos de conversiones de nucleósidos. "Hay una inmensa diversidad natural en estas enzimas", afirma el coautor Jonathan Gootenberg, estudiante graduado en el laboratorio de Zhang y en el laboratorio del miembro del instituto Broad Core Aviv Regev. "Siempre estamos buscando aprovechar el poder de la naturaleza para llevar a cabo estos cambios".
Zhang, junto con el Instituto Broad y el MIT, planean compartir ampliamente el sistema REPAIR. Al igual que con las herramientas CRISPR anteriores, los grupos harán que esta tecnología esté disponible gratuitamente para la investigación académica a través de la página del laboratorio de Zhang sobre el intercambio de plásmidos Addgene, mediante la cual el laboratorio de Zhang ya ha compartido reactivos más de 42.000 veces con investigadores en más de 2.200 laboratorios en 61 países, lo que acelera la investigación en todo el mundo.
