Usando una versión modificada del sistema de edición del genoma CRISPR, Los investigadores del MIT han desarrollado una nueva forma de detectar genes que protegen contra enfermedades específicas.

CRISPR se utiliza normalmente para editar o eliminar genes de células vivas. Sin embargo, el equipo del MIT lo adaptó para activar o desactivar aleatoriamente distintos conjuntos de genes en grandes poblaciones de células, permitiendo a los investigadores identificar genes que protegen a las células de una proteína asociada con la enfermedad de Parkinson.

La nueva tecnología, descrito en la revista Célula molecular , ofrece una nueva forma de buscar objetivos farmacológicos para muchas enfermedades, no solo el Parkinson, dice Timothy Lu, profesor asociado del MIT de ingeniería eléctrica e informática y de ingeniería biológica.

"El estado del arte en este momento apunta a dos o tres genes simultáneamente y luego observa los efectos, pero creemos que quizás los conjuntos de genes que deben modularse para abordar algunas de estas enfermedades son en realidad más amplios que eso, "dice Lu, quien es el autor principal del estudio.

Los autores principales del artículo son el postdoctorado Ying-Chou Chen y el estudiante de posgrado Fahim Farzadfard.

Activar o desactivar genes

El sistema de edición del genoma CRISPR consiste en una enzima de corte de ADN llamada Cas9 y cadenas guía de ARN cortas que se dirigen a secuencias específicas del genoma. diciéndole a Cas9 dónde hacer sus cortes. Usando este proceso, los científicos pueden realizar mutaciones específicas en los genomas de animales vivos, ya sea eliminando genes o insertando otros nuevos.

En el nuevo estudio, El equipo del MIT desactivó la capacidad de corte de Cas9 y diseñó la proteína para que, después de unirse a un sitio objetivo, recluta factores de transcripción (proteínas necesarias para activar los genes).

Al entregar esta versión de Cas9 junto con la cadena de ARN guía en células individuales, los investigadores pueden apuntar a una secuencia genética por célula. Cada ARN guía puede afectar a un solo gen o varios genes, dependiendo de la secuencia de guía particular. Esto permite a los investigadores examinar al azar todo el genoma en busca de genes que afecten la supervivencia celular.

"Lo que decidimos hacer fue adoptar un enfoque completamente imparcial en el que, en lugar de apuntar a genes de interés individuales, expresamos guías aleatorias dentro de la celda, "Dice Lu". Usando ese enfoque, ¿Podemos detectar ARN guía que tienen actividades protectoras inusualmente fuertes en un modelo de enfermedad neurodegenerativa? ".

Los investigadores implementaron esta tecnología en células de levadura que están diseñadas genéticamente para producir en exceso una proteína asociada con la enfermedad de Parkinson. conocido como alfa-sinucleína. Esta proteína, que forma grumos en el cerebro de los pacientes de Parkinson, normalmente es tóxico para las células de levadura.

Usando esta pantalla, el equipo del MIT identificó una cadena de ARN guía que tuvo un efecto muy poderoso, mantener las células vivas de manera mucho más efectiva que cualquiera de los genes individuales que se han encontrado previamente para proteger este tipo de células de levadura.

El análisis genético posterior reveló que muchos de los genes activados por esta cadena de ARN guía son proteínas chaperonas, que ayudan a otras proteínas a plegarse en la forma correcta. Los investigadores plantean la hipótesis de que estas proteínas chaperonas pueden ayudar al plegamiento adecuado de la alfa sinucleína, lo que podría evitar que se formen grumos.

Otros genes activados por el ARN guía codifican proteínas mitocondriales que ayudan a las células a regular su metabolismo energético. y el tráfico de proteínas que participan en el envasado y transporte de otras proteínas. Los investigadores ahora están investigando si el ARN guía activa cada uno de estos genes individualmente o si activa uno o más genes reguladores que luego activan a los demás.

Efectos protectores

Una vez que los investigadores identificaron estos genes en la levadura, probaron los equivalentes humanos en neuronas humanas, cultivado en una placa de laboratorio, que también sobreproducen alfa sinucleína. Estos genes humanos también protegen contra la muerte inducida por alfa-sinucleína, sugiriendo que podría valer la pena probarlos como tratamientos de terapia génica para la enfermedad de Parkinson, Dice Lu.

Wilson Wong, profesor asistente de ingeniería biomédica en la Universidad de Boston, dice que el estudio destaca las diversas aplicaciones para las que se puede utilizar CRISPR / Cas9.

"También es interesante ver que podrían usar la levadura como punto de partida de un cribado genético e identificar los ARN guía que protegen la toxicidad de la alfa-sinucleína en células de mamíferos". "dice Wong, que no participó en la investigación. "Este trabajo podría allanar el camino para el uso de ARN guía aleatorios y levadura para interrogar la biología humana compleja".

El laboratorio de Lu ahora está utilizando este enfoque para detectar genes relacionados con otros trastornos, y los investigadores ya han identificado algunos genes que parecen proteger contra ciertos efectos del envejecimiento.

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.