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La edición del genoma arranca con fuerza en el 2016

Amparo Tolosa, Genética Médica News

 

Recién empezado el año y la técnica CRISPR de edición del genoma, considerada uno de los grandes protagonistas del 2015 ya se encuentra de nuevo en el epicentro de la investigación biomédica.

Embrión de 8 células. Imagen :By ekem, Courtesy: RWJMS IVF Program [Public domain], via Wikimedia Commons

Investigadores de Reino Unido han conseguido la aprobación inicial para modificar el gneoma en embriones humanos. En la imagen: Embrión de 8 células,By ekem, Courtesy: RWJMS IVF Program [Public domain], via Wikimedia Commons.

En primer lugar, esta misma semana un comité regulador aprobaba la utilización de las nuevas técnicas de edición del genoma en embriones humanos, en el Instituto Francis Crick de Reino Unido, como parte de un proyecto destinado a investigar qué genes son necesarios en los embriones para que éstos se desarrollen de forma adecuada. De pasar también la aprobación del comité ético correspondiente, todavía pendiente y requisito indispensable para obtener la luz verde definitiva para el proyecto, un equipo de investigadores dirigido por la doctora Kathy Niakan estudiará óvulos fecundados durante sus primeros siete días para entender cómo se produce el desarrollo temprano de los embriones. Los óvulos serán proporcionados por donantes que han dado su consentimiento informado y los embriones no serán implantados en ningún momento en una mujer, ni madurados más allá de los 7 días. “Estoy encantado de que el HFEA haya aprobado la solicitud de la doctora Niakan,” ha declarado Paul Nurse, director del Instituto Crick. “La investigación propuesta por Niakan es importante para entender cómo se desarrolla un embrión humano sano y aumentará nuestro conocimiento de las tasas de éxito de la fecundación in vitro, observando las primeras etapas del desarrollo temprano humano.”

Edición del genoma. Imagen: Stephen Dixon y Feng Zhang (http://www.eurekalert.org/multimedia/pub/51426.php).

Sistema CRISPR de edición del genoma. Imagen: Stephen Dixon y Feng Zhang (http://www.eurekalert.org/multimedia/pub/51426.php).

En segundo lugar, dos trabajos, publicados el mismo día en Nature Biotecnology, han demostrado una vez más el potencial del sistema CRISPR para modificar el ADN con fines terapéuticos, in vivo, en modelos animales.

Por una parte un equipo del Massachussets Institute of Technology optimizaba los métodos para introducir los componentes del sistema CRISPR en las células, destinados a reparar ADN defectuoso. Los investigadores, dirigidos por Daniel G Anderson, conseguían corregir una mutación responsable de la enfermedad hepática tirosinemia hereditaria en una proporción significativa de células hepáticas en un modelo de ratón.

El sistema CRISPR consta de diferentes componentes: Cas9 (una enzima que corta ADN), un fragmento de ARN que guía a Cas9 hacia la región donde debe de realizar el corte, y un ADN con la secuencia normal, sin la mutación a corregir, que utilizan las enzimas de reparación de la propia célula para reparar el corte introducido por Cas9. Para que el sistema pueda llegar a ser utilizado con fines terapéuticos en la práctica clínica, la introducción de todos los componentes hacia el núcleo de la célula debe ser segura y efectiva.

En el trabajo, los investigadores empaquetaron el ARN guía y el ADN con la secuencia corregida en una partícula viral reprogramada y en el caso de Cas9, introdujeron un ARN que codificaba el enzima en nanopartículas creadas a partir de lípidos. El equipo infectó animales adultos modelo para la tirosinemia hereditaria (portadores de una mutación en el gen Fah) con las partículas víricas y esperó durante una semana para que las células infectadas produjeran el ARN guía y el ADN con la secuencia corregida. A continuación inyectaron las partículas con el ARN mensajero de Cas9. De este modo la síntesis y actividad de la enzima Cas9 se limitaba a unos pocos días, suficientes para que se produzca la reparación del gen Fah, y evitando que Cas9 pudiera llevar a cabo su actividad en otras partes del genoma. Mediante esta aproximación, los investigadores consiguieron reparar el ADN de una de cada 16 células hepáticas, aproximadamente un 6%, tasa mucho mayor que la de estudios previos.

“Pensamos que utilizar las nanopartículas de ARN mensajero proporciona un nivel adicional de seguridad asegurando que la enzima no está presente durante demasiado tipo,” indica Daniel Anderson, investigador principal del trabajo. “Estos resultados realmente nos entusiasman porque nos hacen pensar que este es un sistema de reparación de genes que podría ser utilizado para tratar un rango de enfermedades, no sólo la tirosinemia.”

En el otro estudio paralelo, un equipo de investigadores de la Universidad de Pensilvania, dirigido por James M Wilson, conseguía corregir otra enfermedad metabólica hepática en ratones recién nacidos. El equipo de investigadores razonó que modificar el genoma inmediatamente con el sistema CRISPR tras el nacimiento era una buena opción para la enfermedad hepática, en tanto al repararse su ADN las células modificadas podrían proliferar y mantener la corrección en sucesivas generaciones de células hepáticas.

Los ratones utilizados en el segundo trabajo presentaban una deficiencia en el gen que codifica para una enzima del ciclo de la urea, la ornitina transcarbamilasa (OTC). En este caso, los investigadores introdujeron los componentes del sistema en dos tipos de partículas víricas derivadas de adenovirus caracterizados por su afinidad por las células hepáticas. En unas introdujeron la secuencia codificante de Cas9 bajo del control de un promotor específico de células hepáticas (de forma que la enzima se produjera únicamente en estas células) y en las otras el ARN guía y el ADN molde. Tras inyectar, vía intravenosa, ambos tipos de partículas víricas, los investigadores observaron una reversión de la mutación en aproximadamente el 10% de los hepatocitos, así como una mayor supervivencia de los ratones, cuando éstos eran sometidos a una dieta rica en proteínas que agravaba la enfermedad. Al utilizar la misma aproximación en adultos, no obstante, la eficacia de la corrección genética era mucho menor, además de ir acompañada por una peor capacidad de la célula para reparar los cortes introducidos por Cas9.

“Corregir una mutación causante de enfermedad tras el nacimiento en este modelo animal nos lleva un paso más cerca de hacer realidad el potencial de la medicina personalizada,” manifiesta James Wilson, investigador principal y director del Centro de Enfermedades Huérfanas en la Universidad de Pensilvania. “Sin embargo, mi carrera de 35 años en el campo de la terapia génica me ha enseñado cómo de difícil es trasladar los estudios de ratón a tratamientos exitosos en humanos. A partir de este estudio estamos ajustando el sistema de edición génica hacia las próximas fases de nuestra investigación para estudiar las complicaciones imprevistas en los animales adultos.”

Los investigadores identificaron variantes genéticas potencialmente responsables de las alteraciones funcionales y estructurales de 49 de las familias analizadas. Imagen: Ernesto del Aguila III, National Human Genome Research Institute (https://www.genome.gov).

Las técnicas de edición del genoma humano tienen el potencial de reparar mutaciones responsables de casar enfermedades Imagen: Ernesto del Aguila III, National Human Genome Research Institute (https://www.genome.gov).

Los dos estudios de CRISPR en modelos de ratón de enfermedades hepáticas son prometedores para el tratamiento de estas enfermedades, bien en adultos, con el sistema basado en nanopartículas lipídicas o en recién nacidos, con el sistema de partículas virales combinadas. Indudablemente, todavía queda camino por recorrer hasta asegurar que un método u otro son completamente seguros y efectivos para su utilización en humanos. Sin embargo, las últimas investigaciones plantean una utilización de CRISPR, el sistema de edición génica más conocido y eficaz hasta el momento, en un gran abanico de enfermedades genéticas.

Referencias:

Yin H, et al. Therapeutic genome editing by combined viral and non-viral delivery of CRISPR system components in vivo. Nat Biotech. 2016. Doi: 10.1038/nbt.3471

Yang Y, et al. A dual AAV system enables the Cas9-mediated correction of a metabolic liver disease in newborn mice. Nat Biotech. 2016. Doi: 10.1038/nbt.3469

Fuentes:

hHFEA approves licence application to use gene editing in research. http://www.hfea.gov.uk/10187.html

HFEA approval for new “gene editing” techniques. https://www.crick.ac.uk/news/science-news/2016/02/01/hfea-decision/

Curing disease by repairing faulty genes. http://news.mit.edu/2016/crispr-curing-disease-repairing-faulty-genes-0201

Viral Gene Editing System Corrects Genetic Liver Disease in Newborn Mice. http://www.uphs.upenn.edu/news/News_Releases/2016/02/wilson/

 

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  1. Es interesante saber sobre la genética médica.

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