En una serie de experimentos con líneas celulares de cáncer humano, los científicos de Johns Hopkins Medicine dicen que han utilizado con éxito la luz como desencadenante para realizar cortes precisos en material genómico rápidamente, utilizando un bisturí molecular conocido como CRISPR, y observan cómo las proteínas celulares especializadasreparar el lugar exacto donde se cortó el gen.
Resultados de los experimentos, publicados el 11 de junio en ciencia los investigadores dicen que no solo revelan nuevos detalles sobre el proceso de reparación del ADN, sino que también pueden acelerar y ayudar a comprender la actividad del ADN que generalmente causa el envejecimiento y muchos tipos de cáncer.
"Nuestro nuevo sistema de edición de genes permite el corte de ADN dirigido en cuestión de segundos después de la activación. Con tecnologías anteriores, la edición de genes podría tomar mucho más tiempo, incluso horas", dice Yang Liu, Ph.D., miembro del doctorado postdoctoral.Equipo de investigación de Johns Hopkins Medicine.
En los últimos años, la poderosa herramienta CRISPR ha permitido a los científicos cambiar o "editar" fácilmente las secuencias de ADN y alterar las funciones de los genes para acelerar el ritmo de la investigación sobre afecciones relacionadas con los genes.
Adaptado de un sistema de edición de genes que se encuentra naturalmente en las bacterias, CRISPR utiliza pequeñas secuencias de material genético llamado ARN como una especie de guía que está codificada para coincidir y unirse a una secuencia específica de ADN genómico dentro de una célula. La molécula CRISPR tambiéncontiene una enzima llamada Cas9, que actúa como el bisturí para cortar la secuencia de ADN. Luego, la célula usa sus propias enzimas y proteínas para reparar el ADN cortado, a menudo agregando secuencias de ADN que los científicos introducen en la célula.
Liu dice que estudiar el proceso de reparación del ADN se ha visto obstaculizado por la incapacidad de dañar el ADN, como el uso de CRISPR, de manera rápida, precisa y "a pedido".
Para los nuevos experimentos, los científicos modificaron el complejo CRISPR-Cas9 mediante la ingeniería de una molécula de ARN sensible a la luz que permite que el complejo CRISPR corte el ADN genómico en las células vivas solo cuando se expone a una longitud de onda de luz particular.
"La ventaja de nuestra técnica es que los investigadores pueden hacer que la maquinaria CRISPR encuentre su objetivo sin cortar prematuramente el gen, reteniendo su acción hasta que se exponga a la luz", dice Roger Zou, candidato al MD-Ph.D de Johns Hopkins.miembro del equipo de investigación. "Esto permite a los investigadores tener mucho más control sobre exactamente dónde y cuándo se corta el ADN", agrega.
Otros equipos de investigación han experimentado con los fármacos y la activación de la luz para controlar el tiempo CRISPR, dice Taekjip Ha, Ph.D., Profesor Distinguido Bloomberg de Biofísica y Química Biofísica, Biofísica e Ingeniería Biomédica en la Universidad Johns Hopkins, y Howard Hughes MedicalInvestigador del Instituto. Los experimentos de su equipo difieren al mejorar el momento preciso de los cortes CRISPR y al examinar la rapidez con que las proteínas reparan el daño del ADN.
Para el estudio actual, el equipo de Johns Hopkins, dirigido por Ha y Bin Wu, Ph.D., profesor asistente de biofísica y química biofísica en la Facultad de Medicina de la Universidad Johns Hopkins, entregó un pulso eléctrico a cultivos de riñón embrionario humanocélulas y células de cáncer de hueso, que abrieron poros en la membrana celular y permitieron que el complejo CRISPR con la molécula de ARN activada por la luz se deslizara dentro de las células. Luego, los científicos esperaron 12 horas para que el complejo CRISPR se uniera a un punto específico en elADN genómico.
Cuando iluminaron las celdas, rastrearon la cantidad de tiempo que le tomó al complejo CRISPR realizar el corte.
El equipo descubrió que dentro de los 30 segundos de iluminar las células, el complejo CRISPR había cortado más del 50 por ciento de sus objetivos.
Para examinar más a fondo el momento de la reparación del ADN, los científicos de Johns Hopkins rastrearon cuándo las proteínas involucradas en la reparación del ADN se engancharon a los cortes de ADN. Determinaron que las proteínas de reparación comenzaron su trabajo dentro de los dos minutos posteriores a la activación CRISPR, y la reparación se completótan pronto como 15 minutos después.
"Hemos demostrado que el corte de genes activado por luz es muy rápido y tiene aplicaciones potencialmente amplias en la investigación biomédica", dice Ha. "Revelar el momento de los cortes de genes CRISPR nos permite ver los procesos biológicos con mucha más precisión". Hay el equipo de Johns Hopkins han denominado a la técnica "CRISPR a pedido muy rápido".
También señaló que la activación de la luz ofrece un mejor control de ubicación que los medicamentos que pueden difundirse ampliamente en la célula
El equipo de Johns Hopkins también usó microscopios de alta resolución para "ver" cómo interactúan las proteínas reparadoras con el sitio de corte CRISPR en las células vivas.
Usaron estos microscopios y un haz de luz enfocado para mostrar que podían activar el corte CRISPR de una de las dos copias de genes que normalmente se encuentran en las células humanas. Dicen que esta capacidad ofrece oportunidades para usar CRISPR para estudiar y eventualmente tratarcondiciones vinculadas a una sola copia genética anormal, como la enfermedad de Huntington.
"Hay una gran comunidad de investigación interesada en estudiar el daño del ADN y su impacto", dice Ha. "La tecnología que desarrollamos es muy adecuada para estudiar eso".
Ha señala que los científicos generalmente usan radiación ionizante o productos químicos para estudiar el daño del ADN. Si bien esos métodos también pueden ser rápidos, dice, no son específicos de una determinada ubicación genómica.
El equipo ha presentado una patente provisional sobre la tecnología CRISPR descrita en esta investigación.
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Materiales proporcionado por Medicina Johns Hopkins . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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