Nueva plataforma genética CRISPR amplía las capacidades de edición de ARN

Las herramientas basadas en CRISPR han revolucionado nuestra capacidad para atacar mutaciones genéticas relacionadas con enfermedades.

La tecnología CRISPR comprende una creciente familia de herramientas que pueden manipular los genes y su expresión, incluso dirigiéndose al ADN con las enzimas Cas9 y Cas12 y dirigiéndose al ARN con la enzima Cas13.

Esta colección ofrece diferentes estrategias para abordar las mutaciones.

Dirigirse a mutaciones ligadas a la enfermedad en el ARN, que es relativamente de corta duración, evitaría realizar cambios permanentes en el genoma.

Además, algunos tipos de células, como las neuronas, son difíciles de editar con la edición mediada por CRISPR/Cas9, y se necesitan nuevas estrategias para tratar enfermedades devastadoras que afectan el cerebro.

El investigador del Instituto McGovern y el Instituto Broad del MIT y miembro principal de Harvard Feng Zhang y su equipo han desarrollado una estrategia de este tipo, llamada RESCUE (Edición de ARN para el intercambio específico de C a U), descrita en la revista Science.

Zhang y su equipo, incluidos los primeros coautores Omar Abudayyeh y Jonathan Gootenberg (ambos ahora McGovern Fellows), utilizaron un Cas13 desactivado para guiar a RESCUE a bases de citosina específicas en transcripciones de ARN, y utilizaron una enzima programable, nueva y evolucionada para convertir citosina no deseada en uridina, lo que ocasiona un cambio en las instrucciones de ARN.

RESCUE se basa en REPAIR, una tecnología desarrollada por el equipo de Zhang que transforma las bases de adenina en inosina en el ARN.

RESCUE expande significativamente el panorama al que las herramientas CRISPR pueden apuntar para incluir posiciones modificables en proteínas, como los sitios de fosforilación.

Dichos sitios actúan como interruptores de activación/desactivación de la actividad de las proteínas y se encuentran notablemente en las moléculas de señalización y en las vías ligadas al cáncer.

“Para tratar la diversidad de cambios genéticos que causan enfermedades, necesitamos una variedad de tecnologías precisas para elegir.

Al desarrollar esta nueva enzima y combinarla con la programabilidad y precisión de CRISPR, pudimos llenar un vacío crítico en la caja de herramientas “, dice Zhang.

La plataforma REPAIR desarrollada anteriormente utilizaba el CRISPR/Cas13 dirigido al ARN para dirigir el dominio activo de un editor de ARN, ADAR2, a transcripciones de ARN específicas donde podría convertir la base de nucleótidos adenina en inosina, o las letras A a I.

Zhang y sus colegas tomaron la fusión de REPAIR, y la evolucionaron en el laboratorio hasta que pudiera cambiar la citosina a uridina, o C a U.

RESCUE puede guiarse a cualquier ARN de su elección y realizar una edición de C a U a través del componente ADAR2 evolucionado de la plataforma.

El equipo llevó la nueva plataforma a las células humanas, demostrando que podían apuntar a los ARN naturales en la célula, así como a 24 mutaciones clínicamente relevantes en los ARN sintéticos.

Luego optimizaron aún más a RESCUE para reducir la edición fuera del objetivo, al tiempo que interrumpían mínimamente la edición dentro del objetivo.

La focalización ampliada por RESCUE significa que los sitios que regulan la actividad y la función de muchas proteínas a través de modificaciones postraduccionales, como la fosforilación, la glicosilación y la metilación, ahora pueden orientarse más fácilmente para su edición.

Una ventaja importante de la edición de ARN es su reversibilidad, en contraste con los cambios realizados a nivel de ADN, que son permanentes.

Por lo tanto, RESCUE podría implementarse de manera transitoria en situaciones en las que una modificación puede ser deseable temporalmente, pero no de forma permanente.

Para demostrar esto, el equipo demostró que en las células humanas, RESCUE puede apuntar a sitios específicos en el ARN que codifica la β-catenina, que se sabe que están fosforilados en el producto proteico, lo que lleva a un aumento temporal de la activación de la β-catenina y el crecimiento celular.

Si se realizara dicho cambio de forma permanente, podría predisponer a las células al crecimiento celular incontrolado y al cáncer, pero al usar RESCUE, el crecimiento celular transitorio podría estimular la cicatrización de heridas en respuesta a lesiones agudas.

Los investigadores también apuntaron a una variante genética patogénica, APOE4.

El alelo APOE4 ha surgido constantemente como un factor de riesgo genético para el desarrollo de la enfermedad de Alzheimer de aparición tardía.

La isoforma APOE4 difiere de APOE2, que no es un factor de riesgo, solo por dos diferencias (ambas C en APOE4 frente a U en APOE2).

Zhang y sus colegas introdujeron el ARN APOE4 asociado con el riesgo en las células, y demostraron que RESCUE puede convertir su firma C en una secuencia APOE2, convirtiendo esencialmente un riesgo en una variante sin riesgo.

Para facilitar el trabajo adicional que empujará RESCUE hacia la clínica y permitirá a los investigadores usar RESCUE como una herramienta para comprender mejor las mutaciones que causan enfermedades, el laboratorio de Zhang planea compartir el sistema RESCUE ampliamente, como lo han hecho con herramientas CRISPR previamente desarrolladas.

La tecnología estará disponible gratuitamente para la investigación académica a través del repositorio de plásmidos sin fines de lucro Addgene.

Fuente: Noticias de la Ciencia