CRISPR para modificar la actividad de los genes sin cambiar el ADN

Amparo Tolosa, Genética Médica News

 

Investigadores del Instituto Salk de Estudios Biológicos han adaptado la herramienta de edición genómica CRISPR para modificar la actividad de los genes sin necesidad de alterar la secuencia de ADN.

La edición del genoma humano se ha convertido en una herramienta de gran potencial para el tratamiento de las enfermedades genéticas. El genoma contiene las instrucciones para producir las proteínas de nuestro organismo, así como diversos elementos reguladores de su síntesis. Por esta razón, el objetivo de la edición del genoma como aproximación terapéutica es reparar la presencia de errores en el ADN. Para ello es necesario cortar la molécula de ADN en una posición específica y utilizar los sistemas de reparación de la célula para introducir el cambio deseado. Sin embargo, esta estrategia tiene sus riesgos, como por ejemplo la posibilidad de que produzcan mutaciones en localizaciones no esperadas.

Más allá de la secuencia de ADN existe otro código que puede influir en la actividad de los genes. Imagen: National Institute of General Medical Sciences.

Más allá de la secuencia del ADN existe otro código, el integrado en el epigenoma,  responsable de regular la expresión de los genes a través de diferentes marcas bioquímicas que afectan a la accesibilidad o conformación del ADN. Modificando este código se puede, potencialmente, modificar la actividad de los genes sin necesidad de alterar la secuencia de ADN, lo que supone una estrategia alternativa para de gran interés para el tratamiento de enfermedades humanas.

El sistema CRISPR-Cas9 de edición del genoma puede adaptarse para llevar a cabo cambios en el epigenoma: se mantiene el ARN guía que posiciona al complejo hacia la posición correcta del ADN, se inactiva la enzima responsable de cortar ADN y se le añade un módulo encargado de modificar el epigenoma. No obstante, hasta el momento la eficacia de este sistema CRISPR modificado se ha visto limitada por la necesidad de utilizar diferentes módulos activadores de la expresión génica, lo que superaba la capacidad de los vectores utilizados para introducir material en las células.

El equipo de investigadores del Instituto Salk de Estudios Biológicos, dirigido por Juan Carlos Izpisúa Belmonte,  ha combinado el dominio Cas9 inactivado con diferentes módulos activadores que no necesitan estar fusionados a Cas9 para activar la expresión génica. Además ha reducido el tamaño de los ARNs guía utilizados para dirigir los módulos hacia las localizaciones del genoma de interés. De este modo, los diferentes componentes pueden ser introducidos en diferentes vectores víricos que serán integrados al mismo tiempo en la célula.

La estrategia ha sido utilizada los investigadores para provocar cambios fenotípicos y tratar con éxito diferentes enfermedades como la enfermedad renal aguda, la diabetes o la distrofia muscular en modelos en ratón. Así, los investigadores han conseguido aumentar la masa muscular en ratones por medio de la inyección intramuscular o sistémica de componentes del sistema CRISPR (ARNs frente a la región reguladora y módulos activadores de la expresión) dirigidos para activar el gen follistatin.

 

CRISPR epigenoma

Los investigadores consiguieren mejorar el crecimiento de fibras musculares en ratones tratados con CRISPR para modificar el epigenoma (derecha) respecto a ratones control (izquierda). Imágenes de fibras musculares de ratones mostrando la presencia de glicoproteína laminina. Imagen: Salk Institute.

 

En paralelo, el equipo ha mejorado los daños producidos en la enfermedad renal aguda por medio de la inducción de la expresión de los genes Klotho o IL-10. También han activo el gen Pdx1 en un modelo de diabetes en ratón, consiguiendo con éxito transdiferenciar células hepáticas en células productoras de insulina. Y por último, han aliviado los síntomas de la distrofia muscular de Duchenne activando los genes klotho o utrophin, para compensar otros defectos genéticos.

Los resultados del trabajo ofrecen una aproximación muy prometedora para el tratamiento de enfermedades humanas basada en el control de la regulación de la expresión de genes concretos. Esta estrategia puede ser utilizada para rescatar la expresión génica, compensar defectos de expresión o alterar el destino celular de las células (como por ejemplo para que las células hepáticas expresen insulina).  Esta opción sería aplicable a aquellos casos en los que la regulación no puede ser obtenida mediante fármacos dirigidos.

En la actualidad el equipo trabaja para mejorar la especificidad de su sistema y aplicarlo a diferentes tipos celulares y órganos, con el objetivo de tratar diferentes enfermedades. “Nos emocionamos mucho cuando vimos los resultados en ratón,” señala Fumiyuki Hatanaka, investigador del trabajo. “Podemos inducir la activación de genes y al mismo tiempo ver cambios fisiológicos.”

Investigación original: Liao HK, et al. In Vivo Target Gene Activation via CRISPR/Cas9-Mediated Trans-epigenetic Modulation. Cell. 2017. Doi: https://doi.org/10.1016/j.cell.2017.10.025

Fuente: Salk Scientists modify CRISPR to epigenetically treat diabetes, kidney diseases, muscular dystrophy. https://www.salk.edu/news-release/salk-scientists-modify-crispr-epigenetically-treat-diabetes-kidney-disease-muscular-dystrophy/

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