Nova tecnologia de edição de genes restaura parcialmente a visão em animais cegos

Nova tecnologia de edição de genes restaura parcialmente a visão em animais cegos

Pesquisadores da Salk descobriram, pela primeira vez, como colocar o DNA em locais específicos em células que não se dividem

LA JOLLA—Pesquisadores do Salk Institute descobriram um santo graal da edição de genes – a capacidade de, pela primeira vez, inserir DNA em um local de destino nas células que não se dividem que compõem a maioria dos órgãos e tecidos adultos. A técnica, que a equipe demonstrou ser capaz de restaurar parcialmente as respostas visuais em roedores cegos, abrirá novos caminhos para a pesquisa básica e uma variedade de tratamentos, como para doenças retinianas, cardíacas e neurológicas.

“Estamos muito entusiasmados com a tecnologia que descobrimos porque é algo que não poderia ser feito antes”, diz Juan Carlos Izpisua Belmonte, professor do Laboratório de Expressão Gênica de Salk e autor sênior do artigo publicado em 16 de novembro de 2016 em Natureza. “Pela primeira vez, podemos entrar em células que não se dividem e modificam o DNA à vontade. As possíveis aplicações desta descoberta são vastas”.

Até agora, as técnicas que modificam o DNA – como o sistema CRISPR-Cas9 – têm sido mais eficazes na divisão de células, como as da pele ou do intestino, usando os mecanismos normais de cópia das células. A nova tecnologia Salk é dez vezes mais eficiente do que outros métodos na incorporação de novo DNA em culturas de células em divisão, tornando-se uma ferramenta promissora tanto para pesquisa quanto para medicina. Mas, mais importante, a técnica de Salk representa a primeira vez que os cientistas conseguiram inserir um novo gene em uma localização precisa do DNA em células adultas que não se dividem mais, como as do olho, cérebro, pâncreas ou coração, oferecendo novas possibilidades para aplicações terapêuticas nestas células.

Para conseguir isso, os pesquisadores de Salk visaram uma via celular de reparo de DNA chamada NHEJ (para “junção de extremidade não homóloga”), que repara quebras de DNA de rotina reunindo as extremidades originais da fita. Eles combinaram esse processo com a tecnologia de edição de genes existente para colocar com sucesso o novo DNA em um local preciso em células que não se dividem.

“Usar essa via NHEJ para inserir DNA totalmente novo é revolucionário para editar o genoma em organismos adultos vivos”, diz Keiichiro Suzuki, pesquisador associado sênior do laboratório Izpisua Belmonte e um dos principais autores do artigo. “Ninguém fez isso antes.”

Primeiro, a equipe Salk trabalhou na otimização do maquinário NHEJ para uso com o sistema CRISPR-Cas9, que permite que o DNA seja inserido em locais muito precisos dentro do genoma. A equipe criou um pacote de inserção personalizado composto por um coquetel de ácidos nucleicos, que eles chamam de HITI, ou integração direcionada independente de homologia. Em seguida, eles usaram um vírus inerte para entregar o pacote de instruções genéticas do HITI aos neurônios derivados de células-tronco embrionárias humanas.

“Essa foi a primeira indicação de que o HITI pode funcionar em células que não se dividem”, diz Jun Wu, cientista da equipe e coautor principal. Com esse feito em mãos, a equipe entregou com sucesso a construção ao cérebro de camundongos adultos. Finalmente, para explorar a possibilidade de usar o HITI para terapia de substituição genética, a equipe testou a técnica em um modelo de rato para retinite pigmentosa, uma condição hereditária de degeneração da retina que causa cegueira em humanos. Desta vez, a equipe usou o HITI para entregar aos olhos de ratos de 3 semanas uma cópia funcional do Mertk, um dos genes danificados na retinite pigmentosa. Análises realizadas quando os ratos tinham 8 semanas de idade mostraram que os animais eram capazes de responder à luz e passaram por vários testes indicando cicatrização em suas células da retina.

“Conseguimos melhorar a visão desses ratos cegos”, diz a coautora Reyna Hernandez-Benitez, pesquisadora associada da Salk. “Esse sucesso inicial sugere que essa tecnologia é muito promissora”.

Os próximos passos da equipe serão melhorar a eficiência de entrega da construção HITI. Como acontece com todas as tecnologias de edição do genoma, obter células suficientes para incorporar o novo DNA é um desafio. A beleza da tecnologia HITI é que ela é adaptável a qualquer sistema de engenharia de genoma direcionado, não apenas CRISPR-Cas9. Assim, à medida que a segurança e a eficiência desses sistemas melhoram, também aumenta a utilidade do HITI.

“Temos agora uma tecnologia que nos permite modificar o DNA de células que não se dividem, para consertar genes quebrados no cérebro, coração e fígado”, diz Izpisua Belmonte. “Isso nos permite, pela primeira vez, sonhar em curar doenças que não podíamos antes, o que é emocionante.”

Outros pesquisadores do estudo foram Euiseok J. Kim, Fumiyuki Hatanaka, Mako Yamamoto, Toshikazu Araoka, Masakazu Kurita, Tomoaki Hishida, Mo Li, Emi Aizawa, April Goebl, Rupa Devi Soligalla, Concepcion Rodriguez Esteban, Travis Berggren e Edward M. Callaway do Instituto Salk; Yuji Tsunekawa e Fumio Matsuzaki de Centro RIKEN para Biologia do Desenvolvimento; Pierre Magistretti de Universidade King Abdullah de Ciência e Tecnologia; Jie Zhu, Tingshuai Jiang, Xin Fu, Maryam Jafari e Kang Zhang de Instituto Shiley Eye e Instituto de Medicina Genômica, University of California San Diego; Zhe Li, Shicheng Guo, Song Chen e Kun Zhang de Instituto de Engenharia em Medicina, Universidade da Califórnia em San Diego; Jing Qu e Guang-Hui Liu de Academia Chinesa de Ciências; Jeronimo Lajara, Estrella Nuñez e Pedro Guillen de Universidade Católica San Antonio de Murcia; e Josep M. Campistol da Universidade de Barcelona.

O trabalho e os pesquisadores envolvidos foram apoiados em parte pelo National Institutes of Health, The Leona M. e Harry B. Helmsley Charitable Trust, G. Harold e Leila Y. Mathers Charitable Foundation, Fundação McKnight, Fundação Moxie, Fundação Dr. Pedro Guillen e Universidade Católica San Antonio de Murcia, Espanha.