Uma nova tecnologia para editar o genoma de uma ampla gama de
mutações em organismos vivos

Uma nova tecnologia para edição de genoma de uma ampla gama de mutações em organismos vivos

Cientistas da Salk desenvolvem uma nova ferramenta de edição de genoma que pode ajudar a tratar muitos distúrbios causados ​​por mutações genéticas

LA JOLLA—A capacidade de editar genes em organismos vivos oferece a oportunidade de tratar uma infinidade de doenças hereditárias. No entanto, muitos tipos de ferramentas de edição de genes são incapazes de atingir áreas críticas do DNA, e criar essa tecnologia tem sido difícil, pois o tecido vivo contém diversos tipos de células.

Agora, os pesquisadores do Salk Institute desenvolveram uma nova ferramenta - apelidada de SATI - para editar o genoma do camundongo, permitindo que a equipe atinja uma ampla gama de mutações e tipos de células. A nova tecnologia de edição do genoma, descrita em Pesquisa Celular em 23 de agosto de 2019, pode ser expandido para uso em uma ampla gama de condições de mutação genética, como a doença de Huntington e a rara progeria, síndrome do envelhecimento prematuro.

“Este estudo mostrou que o SATI é uma ferramenta poderosa para a edição do genoma”, diz Juan Carlos Izpisua Belmonte, professor do Laboratório de Expressão Gênica de Salk e autor sênior do artigo. “Isso pode ser fundamental no desenvolvimento de estratégias eficazes para a substituição do gene-alvo de muitos tipos diferentes de mutações e abre as portas para o uso de ferramentas de edição do genoma para possivelmente curar uma ampla gama de doenças genéticas”.

As técnicas que modificam o DNA – principalmente o sistema CRISPR-Cas9 – geralmente são mais eficazes na divisão de células, como as da pele ou do intestino, usando os mecanismos normais de reparo do DNA das células. O laboratório Izpisua Belmonte mostrada anteriormente que sua tecnologia de edição de genes baseada em CRISPR/Cas9, chamada HITI (para integração direcionada independente de homologia), poderia atingir células em divisão e não em divisão. As regiões codificadoras de proteínas funcionam como receitas para fazer proteínas, enquanto as áreas chamadas de regiões não codificadoras agem como chefs decidindo quanta comida fazer. Essas regiões não codificantes constituem a grande maioria do DNA (~ 98%) e regulam muitas funções celulares, incluindo ligar e desligar genes, portanto, podem ser um alvo valioso para futuras terapias genéticas.

“Procuramos criar uma ferramenta versátil para atingir essas regiões não codificantes do DNA, que não afetariam a função do gene e permitiriam o direcionamento de uma ampla gama de mutações e tipos de células”, diz Mako Yamamoto, co- primeiro autor do artigo e pós-doutorando no laboratório Izpisua Belmonte. “Como prova de conceito, nos concentramos em um modelo de camundongo com envelhecimento prematuro causado por uma mutação difícil de reparar usando ferramentas de edição de genoma existentes”.

O novo método knock-in de genes, que os cientistas chamam de SATI (abreviação de intercelular linearizado Shomologia inglesa Aintron mediado por doador rmTcobrando Iintegração) é um avanço do método HITI anterior para permitir que ele atinja áreas adicionais do genoma. O SATI funciona inserindo uma cópia normal do gene problemático na região não codificante do DNA antes do local da mutação. Esse novo gene então se integra ao genoma ao lado do gene antigo por meio de uma das várias vias de reparo do DNA, aliviando o organismo dos efeitos prejudiciais do gene mutante original, sem o risco de danos associados à sua substituição total.

Os cientistas testaram a tecnologia SATI em camundongos vivos com progéria, causada por uma mutação no gene LMNA. Tanto os humanos quanto os camundongos com progéria mostram sinais de envelhecimento prematuro, disfunção cardíaca e expectativa de vida drasticamente reduzida devido ao acúmulo de uma proteína chamada progerina. Usando SATI, uma cópia normal do gene LMNA foi inserida nos camundongos progeria. Os pesquisadores puderam observar características diminuídas do envelhecimento em vários tecidos, incluindo a pele e o baço, juntamente com uma extensão da expectativa de vida (aumento de 45% em comparação com camundongos com progeria não tratados). Uma extensão semelhante da expectativa de vida, quando traduzida para humanos, seria de mais de uma década. Assim, o sistema SATI representa o primeiro in vivo tecnologia de correção de genes que pode atingir regiões não codificantes do DNA em vários tipos de tecidos.

Em seguida, a equipe pretende melhorar a eficiência do SATI aumentando o número de células que incorporam o novo DNA.

“Especificamente, investigaremos os detalhes dos sistemas celulares envolvidos no reparo do DNA para refinar ainda mais a tecnologia SATI para uma melhor correção do DNA”, diz Reyna Hernandez-Benitez, co-primeira autora do artigo e pós-doutoranda no Izpisua Belmonte laboratório.

Outros autores incluem 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 e Kun Zhang, da Universidade da Califórnia em San Diego; Estrella Nuñez Delicado da Universidad Catolica San Antonio de Murcia; Jun Wu do Centro Médico Southwestern da Universidade do Texas; Josep M. Campistol do Hospital Clínico de Barcelona na Espanha; Pierre Magistretti da Universidade de Ciência e Tecnologia King Abdullah na Arábia Saudita; Pedro Guillen da Clínica CEMTRO na Espanha; Jianhui Gong, Yilin Yuan e Ying Gu do BGI-Shenzhen na China; Guang-Hui Liu da Academia Chinesa de Ciências; e Carlos López-Otín da Universidad de Oviedo na Espanha.

O trabalho foi financiado pelo Salk Women & Science Special Award 2016, JSPS KAKENHI (15K21762 e 18H04036), Takeda Science Foundation, The Uehara Memorial Foundation, National Institutes of Natural Sciences (BS291007), The Sumitomo Foundation (170220), The Naito Foundation, The Kurata Grants (1350), Mochida Memorial Foundation, The Inamori Foundation, Guangdong Provincial Key Laboratory of Genome Read and Write (No. 2017B030301011), Guangdong Provincial Academician Workstation of BGI Synthetic Genomics (No. 2017B090904014), o Shenzhen Peacock Plan (No. KQTD20150330171505310), Leona M. e Harry B. Helmsley Charitable Trust (2012-PG-MED002), G. Harold e Leila Y. Mathers Charitable Foundation, National Institutes of Health (R01HL123755 e 5 DP1 DK113616), Progeria Research Foundation, The Glenn Foundation, KAUST, The Moxie Foundation, Fundación Dr. Pedro Guillen, Asociación de Futbolistas Españoles e Universidad Católica San Antonio de Murcia (UCAM).

DOI: 10.1038/s41422-019-0213-0