Un equipo del Broad Institute of MIT y Harvard ha desarrollado un nuevo enfoque de edición del genoma CRISPR combinando dos de las proteínas más importantes en biología molecular: CRISPR-Cas9 y una transcriptasa inversa, en una sola máquina.
El sistema, llamado "edición principal", es capaz de editar directamente las células humanas de manera precisa, eficiente y muy versátil. El enfoque amplía el alcance de la edición de genes para la investigación biológica y terapéutica, y tiene el potencial de corregiral 89 por ciento de las variaciones genéticas que causan enfermedades conocidas.
"Una aspiración importante en las ciencias de la vida molecular es la capacidad de realizar con precisión cualquier cambio en el genoma en cualquier lugar. Creemos que la edición principal nos acerca a ese objetivo", dice David Liu, miembro del instituto principal, profesor Richard Merkin,vicepresidente de la facultad y director del Instituto Merkin de Tecnologías Transformativas en Salud en el Instituto Broad del MIT y Harvard. "No conocemos otra tecnología de edición en células de mamíferos que ofrezca este nivel de versatilidad y precisión con tan pocossubproductos "
Liu es el autor principal de un artículo publicado hoy en Naturaleza que describe la edición principal. La investigación también fue dirigida por el primer autor Andrew Anzalone, becario postdoctoral de Jane Coffin Childs en el laboratorio de Liu en el Broad Institute.
Un nuevo enfoque CRISPR
La edición principal difiere de los sistemas de edición del genoma anteriores en que usa ARN para dirigir la inserción de nuevas secuencias de ADN en las células humanas.
La primera herramienta CRISPR aprovechada para la edición del genoma en células humanas, pionera en el Broad Institute, MIT y Harvard, fue la proteína Cas9. Cas9 hace interrupciones cercanas en cada cadena de ADN, cortando el ADN por completo. Estas herramientas pueden alterar genes objetivoen una ubicación específica y luego permite agregar nuevas secuencias a través de la recombinación de nuevo ADN en el sitio, dirigido por la propia célula.
Los editores de base, desarrollados por primera vez por el laboratorio de Liu, se basan en esta tecnología, fusionando Cas9 con proteínas que pueden realizar reacciones químicas para cambiar una sola letra de ADN en otra. Los editores de base actuales pueden realizar cuatro tipos de cambios de una sola base de manera eficiente: C-to-T, T-to-C, A-to-G y G-to-A.
El nuevo sistema de edición principal implica el acoplamiento de Cas9 a una proteína diferente llamada transcriptasa inversa. El complejo molecular utiliza una cadena del sitio de ADN objetivo para "cebar" o iniciar, la escritura directa de información genética editada en el genoma.
Un nuevo tipo de ARN guía diseñado, llamado pegRNA, dirige al editor principal a su sitio objetivo, donde un Cas9 modificado corta una hebra del ADN. El pegRNA también contiene nucleótidos de ARN adicionales que codifican la nueva secuencia editada. Para transferir estoinformación, el elemento de transcriptasa inversa lee la extensión de ARN y escribe los nucleótidos de ADN correspondientes en el punto objetivo.
ediciones hechas a pedido
en el Naturaleza artículo, el equipo demostró la capacidad de la edición principal para corregir con precisión las variantes genéticas que causan anemia de células falciformes, que requieren la conversión de una T específica en una A, y la enfermedad de Tay Sachs, que requiere la eliminación de cuatro letras de ADN en una ubicación precisa enel genoma
Los investigadores informan además sobre una variedad de tipos de edición exitosos en células humanas y neuronas primarias de ratones, incluidas las 12 formas posibles de reemplazar una letra de ADN por otra, inserciones de nuevos segmentos de ADN de hasta 44 letras de ADN de largo, eliminaciones precisas de hasta80 letras de ADN y modificaciones que combinan estos diferentes tipos de ediciones.
"Con la edición principal, ahora podemos corregir directamente la mutación de la anemia falciforme a la secuencia normal y eliminar las cuatro bases de ADN adicionales que causan la enfermedad de Tay Sachs, sin cortar el ADN por completo o sin plantillas de ADN", dice Liu, quientambién es profesor de química y biología química en la Universidad de Harvard e investigador del Instituto Médico Howard Hughes. "La belleza de este sistema es que hay pocas restricciones en la secuencia editada. Dado que los nucleótidos añadidos son especificados por el pegRNA, pueden sersecuencias que difieren de la cadena original en solo una letra, que tienen letras adicionales o menos, o que son varias combinaciones de estos cambios ".
"La versatilidad de la edición principal se hizo evidente rápidamente a medida que desarrollamos esta tecnología", recuerda Anzalone. "El hecho de que pudiéramos copiar directamente nueva información genética en un sitio objetivo fue una revelación. Estábamos realmente entusiasmados".
Al realizar cambios de precisión, los investigadores informan que la edición principal logra ediciones exitosas con una tasa menor de cambios "no deseados" no deseados en comparación con los enfoques que requieren hacer interrupciones cercanas en cada cadena de ADN. La edición principal también puede hacercambios de nucleótidos en las secuencias de destino a las que los editores de base tienen dificultades para acceder, según los datos del equipo.
el equipo de Liu tiene la intención de continuar optimizando la edición principal, incluso maximizando su eficiencia en muchos tipos diferentes de células, investigando aún más los posibles efectos de la edición principal en las células, pruebas adicionales en modelos de enfermedad en células y animales, y explorando mecanismos de entrega en animales para proporcionarun camino potencial para aplicaciones terapéuticas humanas.
Los investigadores y el Broad Institute están haciendo que esta tecnología esté disponible gratuitamente para las comunidades académicas y sin fines de lucro, incluso compartiendo vectores a través del Addgene sin fines de lucro. Para estos grupos, no se necesita licencia.
El Broad Institute está poniendo a disposición herramientas de edición de primer nivel para licenciar no exclusivamente para investigación y fabricación por parte de empresas, y para el desarrollo comercial de herramientas y reactivos. Para uso terapéutico en humanos, Broad Institute ha otorgado la licencia de la tecnología a Prime Medicine bajo el inclusivomodelo de innovación. Como se ha informado públicamente, Beam Therapeutics recibió una sublicencia de Prime Medicine para el uso de la edición principal en ciertos campos y para ciertas aplicaciones Liu es consultor y cofundador de Prime Medicine y Beam Therapeutics.
La financiación para este estudio fue proporcionada en parte por el Instituto Merkin de Tecnologías Transformativas en Salud, Institutos Nacionales de Salud RM1U01AI142756, RM1HG009490, R01EB022376, R35GM118062, T32GM007726, una beca postdoctoral Jane Coffin Childs, una beca de investigación de la Fundación Damon Runyon, una beca posdoctoral de Helen Hay Whitney y el Instituto Médico Howard Hughes.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Amplio del MIT y Harvard . Original escrito por Karen Zusi. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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