CRISPR/Cas9 poate inversa mai multe boli la șoareci

O nouă întorsătură în editarea genelor face ca foarfecele moleculare CRISPR/Cas9 să acționeze ca un iluminator pentru cartea de instrucțiuni genetice. O astfel de evidențiere ajută la activarea unor gene specifice.

Folosind noul instrument, cercetătorii au tratat versiuni de șoarece ale diabetului de tip 1, leziunilor renale și distrofiei musculare Duchenne, raportează echipa pe 7 decembrie în Celulă. Noua metodă poate face unele tipuri de terapie genetică mai ușoară și ar putea fi un avantaj pentru cercetătorii care speră să controleze activitatea genelor la animale, spun oamenii de știință.

CRISPR/Cas9 este un foarfece molecular din două părți. Un scurt, ghid ARN conduce enzima de tăiere a ADN-ului Cas9 în locuri specifice din instrucțiunile genetice pe care oamenii de știință doresc să le tăieze. Decuparea ADN-ului este primul pas pentru realizarea sau repararea mutațiilor. Dar cercetătorii și-au dat seama rapid că sistemul de editare ar putea fi și mai versatil.

În cei aproximativ cinci ani de când CRISPR/Cas9 a fost utilizat pentru prima dată, cercetătorii au modificat instrumentul pentru a face o varietate de modificări la ADN (SN: 9/3/16, str. 22). Multe dintre aceste modificări implică ruperea foarfecelor Cas9, astfel încât să nu mai poată tăia ADN-ul. Legarea altor molecule la acest „Cas9 mort” permite oamenilor de știință să modifice genele sau să modifice activitățile genelor.

CRISPR/Cas9 activator de gene, cunoscut sub numele de CRISPRa, ar putea fi folosit pentru a activa genele latente pentru tratarea unei varietăți de boli. De exemplu, medicii ar putea fi capabili să activeze copii alternative ale genelor pentru a compensa proteinele lipsă sau pentru a revigora genele care devin lente cu vârsta. Până acum, cercetătorii au activat în mare parte genele cu CRISPRa în celulele care cresc în vasele de laborator, spune Charles Gersbach, inginer biomedical la Universitatea Duke, care nu este implicat în noul studiu.

A fi capabil să activezi exact genele dintr-un animal și să influențeze sănătatea animalului este un „mare progres”, spune Gersbach. A fost dificil de făcut înainte, deoarece activatorii CRISPR sunt prea mari pentru a se potrivi în virușii necesari pentru a furniza instrumentele celulelor corpului.

În noul studiu, Juan Carlos Izpisua Belmonte de la Institutul Salk pentru Studii Biologice din La Jolla, California, și colegii săi au redus instrumentul. De data aceasta, cercetătorii au „ucis” și au modificat ARN-ul ghid în loc de enzima de tăiere a ADN-ului. Echipa a folosit ARN ghiduri scurte, de doar 14 sau 15 unități lungi, în loc de cele 20 până la 22 obișnuite.

Lesa scurtă poate duce în continuare Cas9 la anumite puncte din ADN, dar odată ajunsă acolo, enzima – deși încă capabilă să taie – nu taie ADN-ul. O altă bucată de ARN fixată pe ghidul „mort” atrage proteinele care ajută la activarea genelor. Piesele activatoarelor de ghidare morți sunt suficient de mici pentru a se potrivi în virușii de terapie genetică.

Într-un experiment, echipa a vrut să restabilească capacitatea șoarecilor cu o versiune a diabetului de tip 1 de a produce insulină, un hormon care controlează glicemia. În diabetul de tip 1, sistemul imunitar distruge pancreasul, organul care produce în mod normal insulina. Deoarece celulele pancreatice au dispărut, cercetătorii aveau nevoie de un nou tip de celulă pentru a prelua funcția pancreasului.

Deci, grupul lui Belmonte a infectat șoareci diabetici cu viruși purtători de activatori ai ghidului morți. Cercetătorii au folosit ARN-urile de ghidare morți pentru a porni Pdx gena din ficatul șoarecilor, care a determinat celulele hepatice să producă insulină, inversând diabetul șoarecilor. În esență, celula ficatului a fost transformată într-una care face o treabă importantă pentru pancreas.

„Laboratoarele au încercat să facă asta de zeci de ani”, spune Kirk Wangensteen, un medic om de știință la Universitatea din Pennsylvania Perelman School of Medicine. Astfel de experimente îi vor ajuta pe oamenii de știință să înțeleagă ce factori determină identitatea unei celule.

Dar pentru a face terapia genică la oameni, oamenii de știință ar trebui să abordeze o altă problemă. În experimentul cu diabet, ei ar putea folosi șoareci deja proiectați pentru a-și crea propriul Cas9. Dar oamenii nu fac în mod natural Cas9, iar întregul activator al ghidului mort și sistemul Cas9 nu se vor potrivi într-un singur virus. Așa că echipa lui Belmonte a vrut să știe dacă doi viruși ar putea fi folosiți simultan pentru a livra toate piesele către celulele țintă.

Cercetătorii de la Salk și-au testat sistemul la șoareci cu o boală de pierdere a mușchilor care imită distrofia musculară Duchenne. Distrofia musculară Duchenne este cauzată de mutații ale unei gene uriașe numite distrofină. Nu există nicio modalitate de a înghesui gena distrofinei într-un virus pentru a face terapia genică tradițională de înlocuire, dar cercetătorii au descoperit că activarea altor gene poate compensa și înmulți mușchii. Așadar, în experimentul cu dublu virus, oamenii de știință au activat o genă de construcție musculară numită follistatin.

De data aceasta, activatorul de ghidaj mort pentru activarea genei follistatinei a fost ambalat într-un virus și Cas9 într-un alt virus. Ambii viruși au fost folosiți pentru a infecta celulele musculare din picioarele posterioare ale șoarecilor care sufereau de distrofie musculară. Șoarecii tratați au avut mai multă masă musculară în picioarele posterioare decât șoarecii netrați.

Niveluri mult mai ridicate de activitate a genelor au fost declanșate în aceste experimente decât au atins oamenii de știință înainte, spune Michael Hemann, un biolog de cancer la MIT. Niveluri ridicate de activitate sunt probabil necesare pentru a produce suficiente proteine ​​pentru a corecta bolile.

Hemann și alții spun că noul sistem activator va fi util pentru cercetare, dar rămân unele provocări înainte ca terapia să poată fi utilizată la oameni. Cercetătorii au întotdeauna o provocare să ducă terapia la locul potrivit în organism, spune el. Siguranța și eficacitatea tehnologiei trebuie, de asemenea, demonstrate.