Los científicos de Salk modifican CRISPR para tratar epigenéticamente la diabetes, la enfermedad renal y la distrofia muscular

Los científicos de Salk modifican CRISPR para tratar epigenéticamente la diabetes, la enfermedad renal y la distrofia muscular

El enfoque también podría aplicarse para revertir el envejecimiento y las enfermedades relacionadas con la edad, como la pérdida de audición y la degeneración macular.

LA JOLLA—Los científicos de Salk han creado una nueva versión de la tecnología de edición del genoma CRISPR/Cas9 que les permite activar genes sin crear rupturas en el ADN, lo que podría eludir un obstáculo importante para el uso de tecnologías de edición de genes para tratar enfermedades humanas.

La mayoría de los sistemas CRISPR/Cas9 funcionan mediante la creación de "roturas de doble cadena" (DSB) en regiones del genoma seleccionadas para editar o eliminar, pero muchos investigadores se oponen a crear tales rupturas en el ADN de los humanos vivos. Como prueba de concepto, el grupo Salk utilizó su nuevo enfoque para tratar varias enfermedades, como la diabetes, la enfermedad renal aguda y la distrofia muscular, en modelos de ratón.

"Aunque muchos estudios han demostrado que CRISPR/Cas9 se puede aplicar como una herramienta poderosa para la terapia génica, existe una creciente preocupación con respecto a las mutaciones no deseadas generadas por las rupturas de doble cadena a través de esta tecnología", dice Juan Carlos Izpisúa Belmonte, profesor del Laboratorio de Expresión Génica de Salk y autor principal del nuevo artículo, publicado en Celular el 7 de diciembre de 2017. “Pudimos sortear esa preocupación”.

En el sistema CRISPR/Cas9 original, la enzima Cas9 se combina con ARN guía que la dirigen al lugar correcto del genoma para crear DSB. Recientemente, algunos investigadores han comenzado a usar una forma "muerta" de Cas9 (dCas9), que aún puede apuntar a lugares específicos del genoma, pero ya no corta el ADN. En cambio, dCas9 se ha acoplado con dominios de activación transcripcional (interruptores moleculares) que activan genes específicos. Pero la proteína resultante, dCas9 unida a los interruptores activadores, es demasiado grande y voluminosa para caber en el vehículo que normalmente se usa para administrar este tipo de terapias a las células en los organismos vivos, a saber, los virus adenoasociados (AAV). La falta de un sistema de entrega eficiente hace que sea muy difícil utilizar esta herramienta en aplicaciones clínicas.

El equipo de Izpisua Belmonte combinó Cas9/dCas9 con una variedad de diferentes interruptores activadores para descubrir una combinación que funcionó incluso cuando las proteínas no estaban fusionadas entre sí. En otras palabras, Cas9 o dCas9 se empaquetaron en un AAV, y los conmutadores y los ARN guía se empaquetaron en otro. También optimizaron los ARN guía para asegurarse de que todas las piezas terminaran en el lugar deseado del genoma y que el gen objetivo estuviera fuertemente activado.

"Todos los componentes trabajan juntos en el organismo para influir en los genes endógenos", dice Hsin-Kai (Ken) Liao, investigador del personal del laboratorio Izpisua Belmonte y coautor principal del nuevo artículo. De esta forma, la tecnología opera epigenéticamente, lo que significa que influye en la actividad de los genes sin cambiar la secuencia de ADN.

Para probar el método, los investigadores utilizaron modelos de ratón con lesión renal aguda, diabetes tipo 1 y una forma de distrofia muscular. En cada caso, diseñaron su sistema CRISPR/Cas9 para impulsar la expresión de un gen endógeno que potencialmente podría revertir los síntomas de la enfermedad. En el caso de la enfermedad renal, activaron dos genes que se sabe que están involucrados en la función renal y observaron no solo un aumento en los niveles de las proteínas asociadas con esos genes, sino también una función renal mejorada después de una lesión aguda. Para la diabetes tipo 1, su objetivo era impulsar la actividad de los genes que podrían generar células productoras de insulina. Una vez más, el tratamiento funcionó, reduciendo los niveles de glucosa en sangre en un modelo de ratón con diabetes. Para la distrofia muscular, los investigadores expresaron genes que se ha demostrado previamente que revierten los síntomas de la enfermedad, incluido un gen particularmente grande que no se puede administrar fácilmente a través de terapias génicas mediadas por virus tradicionales.

“Estábamos muy emocionados cuando vimos los resultados en ratones”, agrega Fumiyuki Hatanaka, investigador asociado en el laboratorio y coautor principal del artículo. “Podemos inducir la activación de genes y al mismo tiempo ver cambios fisiológicos”.

El equipo de Izpisua Belmonte ahora está trabajando para mejorar la especificidad de su sistema y aplicarlo a más tipos de células y órganos para tratar una gama más amplia de enfermedades humanas, así como para rejuvenecer órganos específicos y revertir el proceso de envejecimiento y las condiciones relacionadas con la edad. como la pérdida de audición y la degeneración macular. Se necesitarán más pruebas de seguridad antes de los ensayos en humanos, dicen.

Otros investigadores del estudio fueron Toshikazu Araoka, Pradeep Reddy, Min-Zu Wu, Takayoshi Yamauchi, Masahiro Sakurai, David O'Keefe y Concepción Rodríguez Esteban del Instituto Salk; Yinghui Sui, Cheng-Jang Wu y Li-Fan Lu de la Universidad de California, San Diego; Estrella Núñez de la Universidad Católica; Pedro Guillén de la Fundación Pedro Guillén; y Josep Campistol del Hospital Clinic de Barcelona.

El trabajo y los investigadores involucrados fueron apoyados por subvenciones de Uehara Memorial Foundation, Moxie Foundation, The Leona M. and Harry B. Helmsley Charitable Trust, G. Harold and Leila Y. Mathers Charitable Foundation, Fundación Dr. Pedro Guillén, Asociación de Futbolistas Españoles (AFE), Universidad Católica de San Antonio de Murcia (UCAM), Institutos Nacionales de Salud, Instituto Médico Howard Hughes y Beca de la Fundación Calouste Gulbenkkian.