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CIÊNCIAS: ENFIM O CONTROLE TOTAL DE PROBLEMAS GENÉTICOS HERDADOS SEM ALTERAR O DNA
Conceptual paper illustration of human hands and DNA in a lab.

O destaque da nossa coluna CIÊNCIAS desta segunda-feira éa última e promissora descoberta feita por pesquisadores da Universidade da Califórnia, em San Francisco, e do Instituto de Pesquisa Biomédica Whitehead. Os cientistas descobriram como modificar a ferramenta incomparável de edição de genes CRISPR para estender seu alcance ao epigenoma, que controla como os genes são ligados ou desligados, ou seja, criaram o botão liga/desliga para controlar problemas genéticos herdados sem alterar o DNA e reversível!

Pesquisadores criam ‘botão liga / desliga’ CRISPR para controlar problemas genéticos herdados sem alterar o DNA

 

Os cientistas descobriram como modificar a ferramenta incomparável de edição de genes CRISPR para estender seu alcance ao epigenoma, que controla como os genes são ligados ou desligados.

Os pesquisadores da Universidade da Califórnia, em San Francisco, e do Instituto de Pesquisa Biomédica Whitehead, sem fins lucrativos do MIT, já usaram a ferramenta em laboratório para desativar principalmente o gene que produz a proteína Tau, que está implicada na doença de Alzheimer.

A nova ferramenta baseada em CRISPR chamada “CRISPRoff” permite que os cientistas desliguem quase qualquer gene em células humanas sem fazer uma única edição no código genético – e uma vez que um gene é desligado, ele permanece inerte nos descendentes da célula por centenas de gerações , a menos que seja ligado novamente com uma ferramenta complementar chamada CRISPRon.

Como o epigenoma desempenha um papel central em muitas doenças, de infecção viral a câncer, a tecnologia CRISPRoff pode um dia levar a terapias epigenéticas poderosas que são mais seguras do que a terapêutica CRISPR convencional porque não envolve nenhuma edição de DNA.

“Embora as terapias genéticas e celulares sejam o futuro da medicina, existem potenciais preocupações de segurança em relação à mudança permanente do genoma, razão pela qual estamos tentando encontrar outras maneiras de usar o CRISPR para tratar doenças”, disse Luke Gilbert, PhD, professor da UCSF e co-autor sênior do novo artigo, publicado na revista Cell de 9 de abril .

Como foi construído

O CRISPR convencional é equipado com duas peças de hardware molecular que o tornam uma ferramenta eficaz de edição de genes. Um dos componentes é uma enzima de corte de DNA, que dá ao CRISPR a capacidade de alterar as sequências de DNA. O outro é um dispositivo de localização que pode ser programado para zerar qualquer sequência de DNA de interesse, conferindo controle preciso sobre onde as edições são feitas.

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Para construir o CRISPRoff, os pesquisadores dispensaram a função da enzima de corte de DNA convencional do CRISPR, mas mantiveram o dispositivo de homing, criando um CRISPR reduzido capaz de atingir qualquer gene. Em seguida, eles amarraram uma enzima a este CRISPR barebones. Mas, em vez de processar o DNA, essa enzima atua no epigenoma, que consiste em proteínas e pequenas moléculas que se prendem ao DNA e controlam quando e onde os genes são ativados ou desativados.

A nova ferramenta tem como alvo uma característica epigenética específica conhecida como metilação do DNA, que é uma das muitas partes moleculares do epigenoma. Quando o DNA é metilado, uma pequena etiqueta química conhecida como grupo metil é afixada ao DNA, silenciando os genes próximos. Embora a metilação do DNA ocorra naturalmente em todas as células de mamíferos, o CRISPRoff oferece aos cientistas um controle sem precedentes sobre esse processo.

Crédito: Jennifer Cook-Chrysos / Whitehead Institute 

Outra ferramenta descrita no artigo, chamada CRISPRon, remove as marcas de metilação depositadas pelo CRISPRoff, tornando o processo totalmente reversível.

“Agora temos uma ferramenta simples que pode silenciar a grande maioria dos genes”, disse Jonathan Weissman, PhD, membro do Whitehead Institute, co-autor sênior do novo artigo e ex-membro do corpo docente da UCSF. “Podemos fazer isso para vários genes ao mesmo tempo, sem nenhum dano ao DNA e de uma forma que pode ser revertida. É uma ótima ferramenta para controlar a expressão gênica. ”

‘Grande surpresa’ vira um princípio básico

Com base no trabalho anterior de um grupo na Itália, os pesquisadores estavam confiantes de que o CRISPRoff seria capaz de silenciar genes específicos, mas suspeitavam que cerca de 30 por cento dos genes humanos não responderiam à nova ferramenta.

O DNA consiste em quatro letras genéticas – A, C, G, T – mas, em geral, apenas Cs próximo a Gs podem ser metilados. Para complicar as coisas, os cientistas sempre acreditaram que a metilação poderia apenas silenciar genes em locais no genoma onde as sequências de CG são altamente concentradas, regiões conhecidas como “ilhas CpG”.

Como quase um terço dos genes humanos carecem de ilhas CpG, os pesquisadores presumiram que a metilação não desligaria esses genes. Mas seus experimentos CRISPRoff derrubaram esse dogma epigenético.

“O que se pensava antes deste trabalho era que 30 por cento dos genes que não têm ilhas CpG não eram controlados pela metilação do DNA”, disse Gilbert . “Mas nosso trabalho mostra claramente que você não precisa de uma ilha CpG para desligar os genes por metilação. Isso, para mim, foi uma grande surpresa. ”

Aumentando o potencial terapêutico de CRISPRoff

Editores epigenéticos fáceis de usar, como o CRISPRoff, têm um enorme potencial terapêutico, em grande parte porque, como o genoma, o epigenoma pode ser herdado.

Quando CRISPRoff silencia um gene, não apenas o gene permanece desativado na célula tratada, mas também permanece desativado nos descendentes da célula à medida que se divide, por até 450 gerações.

Para a surpresa dos pesquisadores, isso se manteve até mesmo em células-tronco em maturação. Embora a transição da célula-tronco para a célula adulta diferenciada envolva uma reconfiguração significativa do epigenoma, as marcas de metilação depositadas por CRISPRoff foram fielmente herdadas em 90 por cento das células que fizeram essa transição, o que mostrou que as células retêm uma memória das modificações epigenéticas feitas pelo Sistema CRISPRoff mesmo quando mudam o tipo de célula.

Alzheimer e a proteína Tau

Eles selecionaram um gene para usar como exemplo de como o CRISPRoff pode ser aplicado à terapêutica: o gene que codifica a proteína Tau, que está implicada na doença de Alzheimer. Depois de testar o método em neurônios, eles descobriram que o uso de CRISPRoff poderia ser usado para diminuir a expressão de Tau – embora não totalmente. “O que mostramos é que essa é uma estratégia viável para silenciar Tau e evitar que a proteína se expresse”, diz Weissman . “A questão é, então, como você entrega isso a um adulto? E seria realmente o suficiente para impactar o Alzheimer? Essas são grandes questões em aberto, especialmente a última. ”

Mesmo que CRISPRoff não leve a terapias de Alzheimer, existem muitas outras condições às quais ele poderia ser aplicado. Suas descobertas sugerem que CRISPRoff só precisa ser administrado uma vez para ter efeitos terapêuticos duradouros, tornando-se uma abordagem promissora para o tratamento de doenças genéticas raras – incluindo a síndrome de Marfan, que afeta o tecido conjuntivo, a síndrome de Job, um distúrbio do sistema imunológico e certas formas de câncer – que são causados ​​pela atividade de uma única cópia danificada de um gene.

Embora a entrega em tecidos específicos continue sendo um desafio, “nós mostramos que você pode entregar transitoriamente como um DNA ou como um RNA, a mesma tecnologia que é a base da vacina de coronavírus Moderna e BioNTech”, diz Weissman.

Como o epigenoma desempenha um papel central em tantas doenças, esta nova e estimulante tecnologia pode um dia levar a terapias poderosas para enfrentar nossos inimigos mais mortais, embora “seja necessário mais trabalho para realizar todo o seu potencial terapêutico”.

Fonte: Good News Network

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