Los científicos del Broad Institute y del MIT que utilizaron por primera vez CRISPR para la edición del genoma de mamíferos han diseñado un nuevo sistema molecular para editar de manera eficiente el ARN en células humanas. Edición de ARN, que puede alterar los productos génicos sin realizar cambios en el genoma, tiene un gran potencial como herramienta tanto para la investigación como para el tratamiento de enfermedades.

En un artículo publicado hoy en Ciencias , El autor principal Feng Zhang y su equipo describen el nuevo sistema basado en CRISPR, llamada edición de ARN para reemplazo programable de A a I, o "REPARACIÓN". El sistema puede cambiar nucleósidos de ARN individuales en células de mamíferos de una manera programable y precisa. REPAIR tiene la capacidad de revertir las mutaciones que causan enfermedades a nivel de ARN, así como otras posibles aplicaciones terapéuticas y científicas básicas.

"La capacidad de corregir las mutaciones que causan enfermedades es uno de los principales objetivos de la edición del genoma, "dijo Zhang, miembro del instituto principal del Broad Institute e investigador del McGovern Institute for Brain Research del MIT. "Hasta aquí, nos hemos vuelto muy buenos inactivando genes, pero en realidad recuperar la función proteica perdida es mucho más desafiante. Esta nueva capacidad para editar ARN abre más oportunidades potenciales para recuperar esa función y tratar muchas enfermedades. en casi cualquier tipo de celda ".

REPAIR tiene la capacidad de apuntar a letras de ARN individuales, o nucleósidos, cambiar adenosinas a inosinas (leídas como guanosinas por la célula). Estas letras están involucradas en cambios de una sola base que se sabe que causan regularmente enfermedades en los seres humanos. En la enfermedad humana, una mutación de G a A es extremadamente común; estas alteraciones han estado implicadas en, por ejemplo, casos de epilepsia focal, Distrofia muscular de Duchenne, y enfermedad de Parkinson. REPAIR tiene la capacidad de revertir el impacto de cualquier mutación patógena de G-a-A independientemente de la secuencia de nucleótidos que la rodea, con potencial para operar en cualquier tipo de celda.

A diferencia de los cambios permanentes en el genoma necesarios para la edición del ADN, La edición de ARN ofrece una forma más flexible de hacer correcciones en la celda. "REPAIR puede corregir mutaciones sin alterar el genoma, y debido a que el ARN se degrada naturalmente, es una solución potencialmente reversible, "explicó el co-primer autor David Cox, estudiante de posgrado en el laboratorio de Zhang.

Para crear REPARACIÓN, los investigadores perfilaron sistemáticamente la familia de enzimas CRISPR-Cas13 para posibles candidatos a "editor" (a diferencia de Cas9, las proteínas Cas13 se dirigen y cortan el ARN). Seleccionaron una enzima de la bacteria Prevotella, llamado PspCas13b, que fue el más eficaz para inactivar el ARN. El equipo diseñó una variante desactivada de PspCas13b que todavía se une a tramos específicos de ARN pero carece de su actividad "similar a una tijera". y lo fusionó con una proteína llamada ADAR2, que cambia el nucleósido adenosina a inosina en las transcripciones de ARN.

En reparación, la enzima Cas13b desactivada busca una secuencia diana de ARN, y el elemento ADAR2 realiza la conversión de nucleósidos sin cortar la transcripción ni depender de ninguna de las máquinas nativas de la célula.

El equipo modificó aún más el sistema de edición para mejorar su especificidad, reduciendo las ediciones detectables fuera del objetivo de 18, 385 a solo 20 en todo el transcriptoma. La encarnación mejorada, REPAIRv2, logró consistentemente la edición deseada en un 20 a 40 por ciento, y hasta un 51 por ciento, de un ARN objetivo sin signos de actividad significativa fuera del objetivo. "El éxito que tuvimos en la ingeniería de este sistema es alentador, y hay señales claras de que REPAIRv2 puede evolucionar aún más para lograr una actividad más sólida sin dejar de mantener la especificidad, "dijo Omar Abudayyeh, co-primer autor y estudiante de posgrado en el laboratorio de Zhang.

Para demostrar el potencial terapéutico de REPAIR, el equipo sintetizó las mutaciones patógenas que causan la anemia de Fanconi y la diabetes insípida nefrogénica ligada al cromosoma X, los introdujo en células humanas, y corrigió con éxito estas mutaciones a nivel de ARN. Para impulsar aún más las perspectivas terapéuticas, el equipo planea mejorar la eficiencia de REPAIRv2 y empaquetarlo en un sistema de entrega apropiado para introducir REPAIRv2 en tejidos específicos en modelos animales.

Los investigadores también están trabajando en herramientas adicionales para otros tipos de conversiones de nucleósidos. "Existe una inmensa diversidad natural en estas enzimas, "dijo el co-primer autor Jonathan Gootenberg, estudiante de posgrado en el laboratorio de Zhang y en el laboratorio del miembro del instituto Broad Core, Aviv Regev. "Siempre buscamos aprovechar el poder de la naturaleza para llevar a cabo estos cambios".

Zhang, junto con el Broad Institute y el MIT, planee compartir ampliamente el sistema de REPARACIÓN. Al igual que con las herramientas CRISPR anteriores, Los grupos harán que esta tecnología esté disponible gratuitamente para la investigación académica a través de la página del laboratorio de Zhang en el sitio web de intercambio de plásmidos Addgene. a través del cual el laboratorio de Zhang ya ha compartido reactivos más de 42, 000 veces con investigadores en más de 2, 200 laboratorios en 61 países, acelerar la investigación en todo el mundo.