La anemia de células falciformes ECF es el trastorno genético mortal más común, que afecta a más de 300.000 recién nacidos en todo el mundo cada año. Produce dolor crónico, insuficiencia orgánica y muerte prematura en los pacientes. Un equipo dirigido por investigadores del Instituto Broad deEl MIT y el Hospital de Investigación Infantil de Harvard y St. Jude ahora han demostrado un enfoque de edición base que corrige de manera eficiente la mutación subyacente a la SCD en células madre sanguíneas de pacientes y en ratones. Este tratamiento de edición de genes rescató los síntomas de la enfermedad en modelos animales, permitiendo laproducción de células sanguíneas sanas.
La raíz de la SCD son dos copias mutadas del gen de la hemoglobina, HBB, que hacen que los glóbulos rojos se transformen de un disco circular a una forma de hoz, lo que desencadena una cadena de eventos que provocan daños en los órganos, dolor recurrente yEn este estudio, los investigadores utilizaron una tecnología molecular llamada edición de base para convertir directamente una sola letra de ADN patógeno en una variante genética inofensiva de HBB en células productoras de sangre humana y en un modelo de ratón de SCD.
"Pudimos corregir la variante que causa la enfermedad en modelos celulares y animales utilizando un editor de base personalizado, sin requerir roturas de ADN de doble hebra o insertar nuevos segmentos de ADN en el genoma", dice el coautor principal David Liu, Profesor Richard Merkin y director del Instituto Merkin de Tecnologías Transformativas en el Cuidado de la Salud en el Instituto Broad, profesor de la Universidad de Harvard e investigador del Instituto Médico Howard Hughes. "Este fue un gran esfuerzo de equipo, y nuestra esperanza es que la edición básica proporcione unabase prometedora para una estrategia terapéutica en el futuro para la anemia de células falciformes ".
"Nuestro estudio ilustra el poder y la emoción de las colaboraciones multidisciplinarias para crear curas novedosas basadas en mecanismos para enfermedades genéticas", dice el coautor principal Mitchell Weiss, presidente del Departamento de Hematología de St. Jude. "En particular, combinamos la experiencia.en ingeniería de proteínas, edición de bases y biología de glóbulos rojos para crear un enfoque novedoso para tratar y posiblemente curar la anemia de células falciformes ".
El trabajo apareció en Nature, dirigido por los coautores Gregory Newby en el Broad Institute y Jonathan Yen, Kaitly Woodard y Thiyagaraj Mayuranathan en St. Jude Children's Research Hospital.
un enfoque mejorado
Actualmente, el único método establecido para curar la ECF es un trasplante de médula ósea, pero es difícil encontrar un donante de médula ósea adecuado para un paciente y los pacientes que se someten a un trasplante pueden sufrir efectos secundarios peligrosos.editar tratamientos en desarrollo que eviten estos riesgos modificando directamente la propia médula ósea del paciente, estas terapias experimentales se basan en la introducción de nuevo ADN o la escisión del ADN genómico en las células, lo que también puede causar efectos adversos.
Para este trabajo, el equipo de investigación utilizó lo que se llama un "editor de bases de adenina", una herramienta molecular desarrollada en el laboratorio de Liu que puede apuntar a una secuencia genética específica y convertir el par de bases de ADN A * T en G * C, alterando un genal nivel de un solo par de nucleótidos. El editor base utilizado en este estudio consiste en una variante Cas9 desarrollada en laboratorio, una proteína asociada a CRISPR que coloca el editor base en el sitio HBB mutado en el genoma, y un laboratorio-enzima evolucionada que convierte la diana A en una base que se empareja como G. El editor de bases también guía a la célula para reparar la hebra de ADN complementaria, completando la conversión del par de bases A * T diana en G * C.
La única mutación del ADN que subyace a la anemia de células falciformes es una A en el gen sano de la hemoglobina que se ha alterado a T. Si bien un editor de bases de adenina no puede revertir este cambio, puede convertir esa T en una C. Esta edición transforma lo peligrosoforma de hemoglobina en una variante no patógena de origen natural llamada "hemoglobina Makassar".
Edición en modelos
El equipo introdujo por primera vez el editor de base de adenina en células madre sanguíneas aisladas de pacientes humanos con ECF. En estos experimentos, hasta el 80 por ciento de las variantes patógenas de hemoglobina se editaron con éxito en la variante benigna de Makassar, con instancias mínimas del editor que causaron efectos no deseadoscambios en la hemoglobina.
Los investigadores transfirieron estas células madre sanguíneas editadas a un modelo de ratón para observar cómo funcionaban en animales vivos. Después de 16 semanas, las células editadas todavía producían células sanguíneas sanas.
"Dieciséis semanas después del trasplante, la frecuencia total de la edición mantenida en las células madre, que podría contener ediciones en ambas copias de su gen de hemoglobina, en una sola copia o en ninguna copia, fue del 68 por ciento.particularmente emocionado de ver que casi el 90 por ciento de las células contenían al menos una copia editada de hemoglobina ", explica Newby." Incluso aquellas células con una sola copia editada parecían estar protegidas de la hoz ".
En un conjunto separado de experimentos, los investigadores tomaron células madre sanguíneas de ratones que albergaban la variante de la enfermedad de células falciformes humana, las editaron y trasplantaron las células editadas a otro conjunto de ratones receptores. Los ratones de control trasplantados con células sin editar mostraron síntomas típicos:glóbulos rojos falciformes, consecuencias de una vida útil corta de los glóbulos rojos y un bazo agrandado. En contraste, los ratones trasplantados con células editadas mejoraron en comparación con los controles según cada métrica de enfermedad probada, con todos los parámetros sanguíneos medidos observados a niveles casi indistinguibles de los animales sanos.
Finalmente, para confirmar la edición duradera de las células madre sanguíneas diana, los investigadores realizaron un trasplante secundario, tomando médula ósea de ratones que habían recibido células editadas 16 semanas antes y transfiriendo las células madre sanguíneas a un nuevo grupo de ratones.nueva cohorte de animales, las células editadas continuaron funcionando de manera similar a las células madre sanguíneas sanas, lo que confirma que los efectos de la edición de bases fueron duraderos. El equipo determinó que editar al menos el 20 por ciento de los genes de hemoglobina patógena era suficiente para mantener las métricas sanguíneas en los ratonesa niveles saludables.
"En estas fases experimentales finales, demostramos un umbral de edición de alrededor del 20 por ciento que es necesario para mitigar esta enfermedad en ratones. Esta estrategia de edición básica es lo suficientemente eficiente como para superar con creces ese punto de referencia", explica Liu. "El enfoque es prometedorcomo base de un posible tratamiento único, o quizás incluso una cura única, para la anemia de células falciformes ".
Los investigadores y otros socios están trabajando para trasladar este concepto de manera segura y eficaz a estudios preclínicos adicionales, con el objetivo final de llegar a los pacientes.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Broad del MIT y Harvard . Original escrito por Karen Zusi. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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