Pesquisadores da Salk desenvolvem uma maneira segura de reparar genes da doença falciforme

7 de dezembro de 2011

Pesquisadores da Salk desenvolvem uma maneira segura de reparar genes da doença falciforme

Nova técnica de edição de genes curaria pacientes com suas próprias células

7 de dezembro de 2011

LA JOLLA, CA—Pesquisadores do Salk Institute for Biological Studies desenvolveram uma maneira de usar as próprias células dos pacientes para potencialmente curar a doença falciforme e muitos outros distúrbios causados ​​por mutações em um gene que ajuda a produzir hemoglobina no sangue.

A técnica usa células da pele de um paciente para gerar células-tronco pluripotentes induzidas (iPSCs), que são capazes de se desenvolver em vários tipos de tecidos maduros – incluindo sangue. Os cientistas dizem que seu método, que repara o gene da beta-globina (HBB), evita técnicas de terapia genética que podem introduzir genes potencialmente prejudiciais nas células.

A nova técnica, que em breve será testada como terapia em animais, também parece ser muito mais eficiente do que outros métodos testados até agora, dizem os pesquisadores.

“Nossas descobertas preparam o terreno para o desenvolvimento de terapias baseadas em iPSC para distúrbios genéticos devastadores, como a doença falciforme”, diz o principal investigador do estudo, Juan Carlos Izpisua Belmonte, professor da Salk no Laboratório de Expressão Gênica.

A doença falciforme é um grupo de doenças sanguíneas hereditárias causadas por mutações genéticas no gene HBB, resultando em hemoglobina anormal, a proteína contendo ferro que normalmente permite que as células sanguíneas transportem oxigênio. Isso faz com que os glóbulos vermelhos se tornem duros e pegajosos e se assemelhem a uma ferramenta agrícola curva chamada “foice”. Nos dois principais distúrbios causados ​​por mutações HBB, anemia falciforme e talassemia beta, os glóbulos vermelhos não podem transportar oxigênio de forma eficaz.

Os sintomas da doença falciforme incluem inchaço das mãos e pés, dor devido ao entupimento dos vasos sanguíneos, anemia e derrame.

Os distúrbios são mais comuns entre pessoas de origem africana, mediterrânea e do Oriente Médio. Um em cada 500 afro-americanos e um em cada 30,000 hispânicos-americanos nascem com doença falciforme, de acordo com os Centros de Controle e Prevenção de Doenças.

A doença pode ser curada com transplantes de células-tronco ou medula óssea, mas há um alto risco de que os receptores de transplantes rejeitem a medula ou as células doadas, o que pode resultar em efeitos colaterais graves e até a morte.

Os pesquisadores Salk, que incluem os co-primeiros autores Mo Li e Keiichiro Suzuki, ambos associados de pesquisa no laboratório de Belmonte, decidiram criar um método seguro para usar iPSCs para corrigir o gene HBB em pacientes com cópias defeituosas do gene.

Como as iPSCs vêm do próprio corpo do paciente, elas devem apresentar menos risco de rejeição do transplante. Além disso, cerca de 500 outras mutações causadoras de doenças foram identificadas no gene HBB, portanto, a correção do gene poderia potencialmente curar uma infinidade de doenças relacionadas ao HBB em todo o mundo.

No entanto, as técnicas tradicionais de geração de iPSC e terapia genética provaram ser potencialmente inseguras, de acordo com os pesquisadores.

Muitos usaram vírus para converter células adultas em células-tronco e carregar um gene HBB normal para infectar e reparar células-tronco hematopoiéticas - células-tronco que dão origem a todas as células sanguíneas.

Mas quando essas células-tronco reparadas são devolvidas aos pacientes, elas podem incluir transgenes – genes indesejados que foram inseridos no genoma do hospedeiro e interromperam a função normal do DNA. A técnica também é ineficiente, corrigindo apenas uma pequena porcentagem das mutações genéticas, e o sucesso do transplante se mostrou raro em ensaios clínicos que testam a terapia genética para tratar a talassemia beta.

“Queríamos corrigir a mutação de forma que não deixasse nenhum traço indesejado no genoma do paciente”, diz Suzuki.

Para fazer isso, os pesquisadores usaram uma abordagem em duas etapas. Primeiro, eles pegaram células adultas da pele de um paciente com uma mutação HBB que causa a doença falciforme. Eles usaram seis genes para persuadir essas células a se transformarem em iPSCs, que poderiam então se transformar em células sanguíneas. Os genes foram introduzidos nas células por meio de uma técnica que evita o uso de vírus e a inserção de transgenes no genoma das células.

O próximo passo foi reparar a mutação do gene HBB nas células-tronco. Para trocar o gene defeituoso por uma cópia normal nas iPSCs, os pesquisadores usaram um adenovírus modificado (vírus do resfriado comum) que, ao contrário dos vírus usados ​​em outros métodos, não se replica no corpo e não altera o DNA das células hospedeiras. Os genes virais foram deletados e substituídos por uma sequência de DNA que continha um gene HBB normal.

O vírus modificado então entregou o novo material genético dentro das iPSCs, onde a região do DNA contendo o gene quebrado foi substituída pela sequência contendo o gene normal. “Isso acontece naturalmente, funcionando como um zíper”, diz Li. “O gene bom se encaixa perfeitamente, empurrando o ruim para fora.”

Ao substituir uma região relativamente grande de DNA, a técnica permite que os cientistas consertem muitas mutações genéticas de uma só vez, o que sugere que o método pode fornecer uma maneira de tratar centenas de tipos de doenças relacionadas ao HBB. A correção do gene HBB mutante também foi altamente eficiente e a equipe de pesquisa realizou vários testes para garantir que nenhum gene errante fosse integrado ao genoma.

Os cientistas do Salk agora planejam produzir células sanguíneas a partir das células-tronco reparadas e testar sua eficácia em animais. Se bem-sucedido, isso pode levar a terapias para humanos nas quais as células-tronco de um paciente serão revertidas em iPSCs, depois reparadas geneticamente e transplantadas de volta para a medula óssea do mesmo paciente. Se for bem-sucedida, a medula óssea produzirá todas as novas células sanguíneas, incluindo a hemoglobina normal.

Se a técnica for eficaz, dizem os pesquisadores, ela pode ser usada para tratar outros tipos de doenças causadas por mutações em um único gene.

O estudo foi financiado por doações das Fundações de Caridade G. Harold e Leila Y. Mathers, Sanofi-Aventis, Fundação Médica Ellison, The Leona M. e Harry B. Helmsley Charitable Trust, MICINN e Fundação Cellex (JCIB). O estudo aparece na edição de dezembro de 2011 da Pesquisa Celular.

Sobre o Salk Institute for Biological Studies:
O Salk Institute for Biological Studies é uma das mais proeminentes instituições de pesquisa básica do mundo, onde professores de renome internacional investigam questões fundamentais das ciências da vida em um ambiente único, colaborativo e criativo. Com foco na descoberta e na orientação de futuras gerações de pesquisadores, os cientistas da Salk fazem contribuições inovadoras para nossa compreensão do câncer, envelhecimento, Alzheimer, diabetes e doenças infecciosas, estudando neurociência, genética, biologia celular e vegetal e disciplinas relacionadas.

As realizações do corpo docente foram reconhecidas com inúmeras honras, incluindo Prêmios Nobel e associações na Academia Nacional de Ciências. Fundado em 1960 pelo pioneiro da vacina contra a poliomielite Jonas Salk, MD, o Instituto é uma organização independente sem fins lucrativos e um marco arquitetônico.

Para mais informações:
Pesquisa Celular
Autores: Mo Li, Keiichiro Suzuki, Jing Qu, Preeti Saini, Ilir Dubova, Fei Yi, Jungmin Lee, Ignacio Sancho-Martinez, Guang-Hui Liu e Juan Carlos Izpisua Belmonte
Correção eficiente de mutações causadoras de hemoglobinopatia por recombinação homóloga em iPSCs de pacientes livres de integração