Los científicos han usado la edición del gen CRISPR-Cas9 para disminuir algunos síntomas de autismo en ratones con una forma de síndrome de X frágil, la causa más común conocida de un solo gen del trastorno del espectro autista.
Empleando nanopartículas de oro para administrar la enzima Cas9 que corta el ADN al cerebro, una técnica desarrollada en la Universidad de California, Berkeley y llamada CRISPR-Gold, los investigadores pudieron editar el gen para un receptor de neurotransmisores y reducirEl comportamiento repetitivo característico del síndrome de X frágil FXS.
Debido a que los comportamientos repetitivos exagerados son características comunes en los trastornos del espectro autista, la reducción eficiente de estos comportamientos en los modelos de ratón FXS demuestra la posible aplicación de esta técnica a otros tipos de autismo para los que se conoce la causa genética, dicen los investigadores.
"Todavía no hay tratamientos o curas para el autismo, y muchos de los ensayos clínicos de tratamientos de moléculas pequeñas dirigidos a proteínas que causan autismo han fallado", dijo el líder del estudio Hye Young Lee, profesor asistente de fisiología celular e integradora en elCentro de Ciencias de la Salud de la Universidad de Texas en San Antonio: "Este es el primer caso en el que pudimos editar un gen causal del autismo en el cerebro y mostrar el rescate de los síntomas del comportamiento".
Según los investigadores, CRISPR-Gold tiene muchas ventajas sobre otros medios de introducir Cas9 en el cuerpo, como el uso de virus.
"Lo realmente convincente de este documento es que Hye Young pudo demostrar que si inyectaba CRISPR-Gold en el cerebro, podría eliminar genes que causan enfermedades y realmente ver cambios de comportamiento bastante significativos", dijo CRISPR-Goldinventor Niren Murthy, profesor de bioingeniería de la Universidad de California en Berkeley: "Esta es la primera vez que alguien ha demostrado eso con un parto no viral".
Las personas con trastornos del espectro autista tienen problemas para interactuar con otras personas, así como comportamientos repetitivos exagerados, como balancearse y aletear. Si bien ASD parece tener varias causas, incluidas mutaciones genéticas múltiples, los trastornos de un solo gen como FXS son una forma más simple deexplorando las causas y los posibles tratamientos. Si bien el trastorno del espectro autista afecta a más del uno por ciento de todos los niños, el FXS es raro y ocurre en uno de cada 4,000 niños y 6,000 niñas.
Los resultados se publicarán en línea el 25 de junio en la revista mensual Ingeniería biomédica de la naturaleza .
El nuevo estudio es la primera demostración de que la proteína Cas9 puede transportarse al cerebro para eliminar un gen y tener efectos terapéuticos. Mientras que otros investigadores han insertado genes para Cas9 en las neuronas a través de virus como el virus adenoasociado, surgen problemas porqueel gen sigue expresando la enzima Cas9, lo que lleva al corte aleatorio de otros genes. CRISPR-Gold transporta el complejo Cas9 en sí mismo, la proteína Cas9 purificada y el ARN guía, directamente en las células, donde se corta unas pocas veces y luego desaparece.
"Si inyecta ADN CRISPR usando un virus, no puede controlar la cantidad de proteína Cas9 y el ARN guía que se expresa, por lo que inyectarlo a través de un virus tiene un problema potencial", dijo Lee. "Creo que el método CRISPR-Goldes muy bueno porque podemos controlar la cantidad que deseamos inyectar y eso probablemente minimiza los efectos secundarios del uso de CRISPR, por ejemplo, efectos fuera del objetivo ".
La técnica abre la puerta al tratamiento de afecciones que van desde la adicción a los opioides y el dolor neuropático hasta la esquizofrenia y las convulsiones epilépticas, dijo Murthy.
Amortiguando un cerebro sobreexcitado
En el experimento en ratones con FXS, los investigadores inyectaron CRISPR-Gold que transportaba el complejo Cas9 en el cuerpo estriado del cerebro, una región conocida por mediar la formación de hábitos, incluida la relacionada con comportamientos repetitivos comunes a ASD. El Cas9 apuntó a un excitadorreceptor, el receptor metabotrópico de glutamato 5 mGluR5, que está involucrado en la comunicación entre las neuronas y se sabe que está desregulado en FXS. Al deshabilitar el gen para mGluR5, los investigadores pudieron amortiguar la señalización exagerada entre las células y disminuir el comportamiento repetitivo.
"Antes de este experimento, no sabíamos si el receptor mGluR5 en el cuerpo estriado estaba específicamente involucrado en un comportamiento repetitivo exagerado; ese es un hallazgo biológico importante de nuestro estudio", dijo Lee.
En ratones con FXS, el comportamiento repetitivo incluyó excavación obsesiva y saltos periódicos en el aire. La excavación se redujo en aproximadamente un 30 por ciento, mientras que el salto disminuyó en un 70 por ciento. Aproximadamente el 50 por ciento de los genes mGluR5 en el cuerpo estriado fueron editados,que redujo el número de proteínas receptoras a casi la mitad
Las compañías farmacéuticas han intentado inyectar drogas de molécula pequeña en el sistema sanguíneo para bloquear el mismo receptor, pero aunque se observó una reducción en el comportamiento repetitivo, los ratones no respondieron a los tratamientos posteriores, aparentemente se volvieron tolerantes.
El prometedor sistema CRISPR-Gold fue desarrollado por Murthy, que se enfoca en la administración de medicamentos y el desarrollo de nuevos antibióticos. La técnica utiliza nanopartículas de oro cubiertas por un bosque de cadenas de ADN que contienen las moléculas Cas9, que son una combinación de un gende corte enzimático y un ARN guía que se aloja en el gen para mGluR5. El paquete está encapsulado en un polímero que lo ayuda a ingresar a las células adecuadas.
El año pasado, Murthy y sus colegas demostraron que CRISPR-Gold podía transportar Cas9 a las células musculares y reemplazar un gen mutado con un gen normal para mejorar la fuerza en ratones con distrofia muscular de Duchenne.
El nuevo documento demuestra que CRISPR-Gold puede llevar con éxito Cas9 a una variedad de células en el cerebro.
"Mostramos en este documento que también pudimos editar no neuronas: la microglia, que es parte del sistema inmune del cerebro, y los astrocitos, que apoyan a las neuronas", dijo Murthy. "De hecho, los editamos de manera más eficienteque las neuronas, y esas pueden jugar un papel muy importante en muchas enfermedades ".
En 2016, el laboratorio de Murthy surgió de una startup, GenEdit, para producir y probar terapias CRISPR-Gold para una variedad de enfermedades genéticas. Según el CEO de GenEdit y el Dr. Berwoley de UC Berkeley, quien actualmente opera en elQB3 Garage en el campus de UC Berkeley, la edición exitosa de las células cerebrales abre la puerta al tratamiento de muchos trastornos.
"CRISPR-Gold se puede usar para tratar una variedad de enfermedades genéticas, como la enfermedad de Huntington", dijo Lee. "Pero no se limita a las enfermedades monogénicas; también se puede usar contra enfermedades poligénicas, una vez que descubramos la totalidadred de genes involucrados "
Murthy dijo que, para este estudio, GenEdit descubrió cómo enviar las partículas CRISPR-Gold a larga distancia, desde Berkeley a San Antonio, y fabricarlas de forma reproducible, eliminando un cuello de botella clave que ha limitado la traducción de muchas otras nanotecnologías..
Hye Young Lee, Kunwoo Lee y Murthy ahora están trabajando para desarrollar partículas CRISPR-Gold que pueden inyectarse directamente en el sistema nervioso central a través de la médula espinal, evitando la necesidad de abrir el cráneo e inyectar directamente en el cerebro. Hye YoungLee es optimista de que esto podría ser tan efectivo como la inyección intracraneal en el cuerpo estriado para reducir el comportamiento repetitivo, y tal vez incluso abordar algunos de los problemas de interacción social de los TEA.
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Materiales proporcionados por Universidad de California - Berkeley . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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