Una nueva tecnología para la edición del genoma de una amplia gama de
mutaciones en organismos vivos

Una nueva tecnología para la edición del genoma de una amplia gama de mutaciones en organismos vivos

Los científicos de Salk desarrollan una nueva herramienta de edición del genoma que podría ayudar a tratar muchos trastornos causados ​​por mutaciones genéticas

LA JOLLA—La capacidad de editar genes en organismos vivos ofrece la oportunidad de tratar una plétora de enfermedades hereditarias. Sin embargo, muchos tipos de herramientas de edición de genes no pueden apuntar a áreas críticas del ADN, y la creación de dicha tecnología ha sido difícil ya que el tejido vivo contiene diversos tipos de células.

Ahora, los investigadores del Instituto Salk han desarrollado una nueva herramienta, denominada SATI, para editar el genoma del ratón, lo que permite al equipo apuntar a una amplia gama de mutaciones y tipos de células. La nueva tecnología de edición del genoma, descrita en Investigación celular el 23 de agosto de 2019, podría expandirse para su uso en una amplia gama de condiciones de mutación genética, como la enfermedad de Huntington y el raro síndrome de envejecimiento prematuro progeria.

“Este estudio ha demostrado que SATI es una herramienta poderosa para la edición del genoma”, dice Juan Carlos Izpisúa Belmonte, profesor en el Laboratorio de Expresión Génica de Salk y autor principal del artículo. “Podría resultar fundamental en el desarrollo de estrategias efectivas para el reemplazo de genes diana de muchos tipos diferentes de mutaciones, y abre la puerta para el uso de herramientas de edición del genoma para posiblemente curar una amplia gama de enfermedades genéticas”.

Las técnicas que modifican el ADN, en particular el sistema CRISPR-Cas9, generalmente han sido más efectivas en la división de células, como las de la piel o el intestino, utilizando los mecanismos normales de reparación del ADN de las células. El laboratorio de Izpisua Belmonte previamente mostrado que su tecnología de edición de genes basada en CRISPR/Cas9, llamada HITI (para la integración dirigida independiente de la homología), podría apuntar tanto a las células en división como a las que no se dividen. Las regiones codificantes de proteínas funcionan como recetas para hacer proteínas, mientras que las áreas llamadas regiones no codificantes actúan como chefs que deciden cuánta comida preparar. Estas regiones no codificantes constituyen la gran mayoría del ADN (~98%) y regulan muchas funciones celulares, incluida la activación y desactivación de genes, por lo que podrían ser un objetivo valioso para futuras terapias génicas.

“Buscamos crear una herramienta versátil para apuntar a estas regiones no codificantes del ADN, que no afectaría la función del gen y permitiría apuntar a una amplia gama de mutaciones y tipos de células”, dice Mako Yamamoto, co- primer autor del artículo y becario postdoctoral en el laboratorio Izpisua Belmonte. "Como prueba de concepto, nos centramos en un modelo de ratón de envejecimiento prematuro causado por una mutación que es difícil de reparar con las herramientas de edición del genoma existentes".

El nuevo método de incorporación de genes, que los científicos denominan SATI (abreviatura de intercelular linealizado Ssola homología Aintrón mediado por donante rmTapuntando Integration) es un avance del método HITI anterior que le permite apuntar a áreas adicionales del genoma. SATI funciona insertando una copia normal del gen problemático en la región no codificante del ADN antes del sitio de mutación. Luego, este nuevo gen se integra en el genoma junto con el gen anterior a través de una de varias vías de reparación del ADN, aliviando al organismo de los efectos perjudiciales del gen mutado original, sin correr el riesgo de sufrir daños asociados con su reemplazo total.

Los científicos probaron la tecnología SATI en ratones vivos con progeria, que es causada por una mutación en el gen LMNA. Tanto los humanos como los ratones con progeria muestran signos de envejecimiento prematuro, disfunción cardíaca y una esperanza de vida drásticamente más corta debido a la acumulación de una proteína llamada progerina. Mediante el uso de SATI, se insertó una copia normal del gen LMNA en los ratones con progeria. Los investigadores pudieron observar una disminución de las características del envejecimiento en varios tejidos, incluidos la piel y el bazo, junto con una prolongación de la vida útil (aumento del 45 % en comparación con los ratones con progeria no tratados). Una extensión similar de la vida útil, traducida a humanos, sería más de una década. Así, el sistema SATI representa la primera in vivo tecnología de corrección de genes que puede apuntar a regiones no codificantes de ADN en múltiples tipos de tejidos.

A continuación, el equipo tiene como objetivo mejorar la eficiencia de SATI aumentando la cantidad de células que incorporan el nuevo ADN.

"Específicamente, investigaremos los detalles de los sistemas celulares involucrados en la reparación del ADN para refinar aún más la tecnología SATI para una mejor corrección del ADN", dice Reyna Hernandez-Benitez, coautora del artículo y becaria postdoctoral en Izpisua Belmonte. laboratorio.

Otros autores incluyeron a Keiichiro Suzuki, Rupa Devi Soligalla, Emi Aizawa, Fumiyuki Hatanaka, Masakazu Kurita, Pradeep Reddy, Alejandro Ocampo, Tomoaki Hishida, Masahiro Sakurai, Amy N. Nemeth, Concepcion Rodriguez Esteban de Salk; Zhe Li, Christopher Wei y Kun Zhang de la Universidad de California en San Diego; Estrella Núñez Delicado de la Universidad Católica San Antonio de Murcia; Jun Wu del Centro Médico Southwestern de la Universidad de Texas; Josep M. Campistol del Hospital Clinic de Barcelona en España; Pierre Magistretti de la Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdullah en Arabia Saudita; Pedro Guillén de la Clínica CEMTRO en España; Jianhui Gong, Yilin Yuan y Ying Gu de BGI-Shenzhen en China; Guang-Hui Liu de la Academia China de Ciencias; y Carlos López-Otín de la Universidad de Oviedo en España.

El trabajo fue financiado por el Premio especial Salk Women & Science 2016, JSPS KAKENHI (15K21762 y 18H04036), Takeda Science Foundation, The Uehara Memorial Foundation, National Institutes of Natural Sciences (BS291007), The Sumitomo Foundation (170220), La Fundación Naito, las Becas Kurata (1350), la Fundación Mochida Memorial, la Fundación Inamori, el Laboratorio Provincial Clave de Lectura y Escritura del Genoma de Guangdong (No. 2017B030301011), Estación de Trabajo Académica Provincial de Guangdong de BGI Synthetic Genomics (No. 2017B090904014), el Plan Shenzhen Peacock (No. KQTD20150330171505310), The Leona M. and Harry B. Helmsley Charitable Trust (2012-PG-MED002), G. Harold and Leila Y. Mathers Charitable Foundation, los Institutos Nacionales de Salud (R01HL123755 y 5 DP1 DK113616), The Progeria Research Foundation, The Glenn Foundation, KAUST, The Moxie Foundation, la Fundación Dr. Pedro Guillén, la Asociación de Futbolistas Españoles y la Universidad Católica San Antonio de Murcia (UCAM).

DOI: 10.1038/s41422-019-0213-0