Nova ferramenta CRISPR superprecisa poderia combater uma infinidade de doenças genéticas

 

O sistema permite que os pesquisadores tenham mais controle sobre as alterações no DNA, potencialmente abrindo condições que desafiam os editores de genes.

Apesar de toda a facilidade com que a popular ferramenta de edição de genes CRISPR-Cas9 altera os genomas, ela ainda é um tanto desajeitada e propensa a erros e efeitos indesejados. Agora, uma alternativa desenvolvida recentemente oferece maior controle sobre as edições do genoma – um avanço que pode ser particularmente importante para o desenvolvimento de terapias genéticas.

O método alternativo, chamado edição principal, aumenta as chances de os pesquisadores terminarem apenas com as edições que desejam, em vez de uma mistura de mudanças que não podem prever. A ferramenta, descrita em um estudo publicado em 21 de outubro na Nature1, também reduz os efeitos “fora do alvo”, que são um desafio fundamental para algumas aplicações do sistema CRISPR-Cas9 padrão. Isso poderia tornar as terapias genéticas baseadas na edição primária mais seguras para uso em pessoas.

A ferramenta também parece capaz de fazer uma variedade maior de edições, o que pode um dia permitir que seja usada para tratar as muitas doenças genéticas que até agora impediram os editores de genes. David Liu, um biólogo químico do Broad Institute of MIT e Harvard em Cambridge, Massachusetts, e principal autor do estudo, estima que a edição inicial pode ajudar os pesquisadores a lidar com quase 90% das mais de 75.000 variantes de DNA associadas à doença listadas no ClinVar, um órgão público banco de dados desenvolvido pelos Institutos Nacionais de Saúde dos EUA.

A especificidade das mudanças pelas quais essa ferramenta mais recente é capaz também pode facilitar o desenvolvimento de modelos de doenças em laboratório ou o estudo da função de genes específicos, diz Liu.

“Ainda é cedo, mas os resultados iniciais parecem fantásticos”, diz Brittany Adamson, que estuda reparo de DNA e edição de genes na Universidade de Princeton, em Nova Jersey. “Você verá muitas pessoas usando isso.”

A edição principal pode não ser capaz de fazer inserções ou exclusões muito grandes de DNA das quais o CRISPR-Cas9 é capaz – portanto, é improvável que substitua completamente a ferramenta de edição bem estabelecida, diz o biólogo molecular Erik Sontheimer, da Faculdade de Medicina da Universidade de Massachusetts, em Worcester . Isso ocorre porque, para uma edição nobre, a alteração que um pesquisador deseja fazer é codificada em uma cadeia de RNA. Quanto mais tempo o fio fica, maior a probabilidade de ser danificado por enzimas na célula.

“Diferentes tipos de plataformas de edição de genoma ainda serão necessários para diferentes tipos de edições”, diz Sontheimer.

Mas a edição principal parece ser mais precisa e versátil do que outras alternativas CRISPR desenvolvidas até agora. Isso inclui versões modificadas do CRISPR-Cas9, que permitem que os pesquisadores troquem uma letra de DNA por outra, e ferramentas mais antigas, como nucleases de dedo de zinco, difíceis de adaptar a cada edição desejada.

Liberdade através do controle

O CRISPR-Cas9 e a edição principal funcionam, cortando o DNA em um ponto específico do genoma. O CRISPR-Cas9 quebra as duas vertentes da dupla hélice do DNA e depois conta com o próprio sistema de reparo da célula para corrigir os danos e fazer as edições. Mas esse sistema de reparo não é confiável e pode inserir ou excluir letras de DNA nos pontos em que o genoma foi cortado. Isso pode levar a uma mistura incontrolável de edições que variam entre as células.

Além disso, mesmo quando os pesquisadores incluem um modelo para orientar como o genoma é editado, o sistema de reparo do DNA na maioria das células tem muito mais probabilidade de fazer pequenas inserções ou deleções aleatórias do que adicionar uma sequência de DNA específica ao genoma. Isso dificulta – e em alguns casos, quase impossível – que os pesquisadores usem o CRISPR-Cas9 para substituir um pedaço de DNA com uma sequência de sua escolha.

A edição principal ignora esses problemas (consulte ‘Editor de precisão’). Embora também use Cas9 para reconhecer seqüências específicas de DNA – assim como o CRISPR-Cas9 – a enzima Cas9 na ferramenta de edição principal é modificada para cortar apenas uma fita de DNA. Então, uma segunda enzima chamada transcriptase reversa e guiada por uma cadeia de RNA faz as edições no local do corte.

As principais enzimas de edição não precisam quebrar as duas cadeias de DNA para fazer alterações, liberando os pesquisadores de confiar no sistema de reparo de DNA da célula – que eles não podem controlar – para fazer as edições que desejam. Isso significa que a edição principal pode permitir o desenvolvimento de tratamentos para doenças genéticas causadas por mutações que não são facilmente tratadas pelas ferramentas de edição de genes existentes.

Uma ferramenta multiuso

Anteriormente, os pesquisadores, incluindo Liu, pensavam que precisariam desenvolver ferramentas de edição de genes específicas para cada categoria de mudança que desejassem fazer em um genoma: inserções, deleções ou substituições de letras de DNA. E as opções eram limitadas quando se tratava de substituições precisas.

Uma técnica mais antiga, chamada edição de base, que é comparável em precisão à edição básica, converte quimicamente uma letra de DNA diretamente em outra – algo que o CRISPR-Cas9 não pode fazer – como converter um T em A ou G em C, sem quebrar as duas cadeias de DNA2. Desenvolvida por Liu, a edição de base pode ser útil para corrigir algumas doenças genéticas causadas por mutações de uma letra, incluindo a forma mais comum de anemia falciforme.

Mas a edição de bases não pode ajudar com distúrbios genéticos causados ​​por mutações de várias letras, como a doença de Tay-Sachs, uma doença geralmente fatal geralmente causada pela inserção de quatro letras de DNA no gene HEXA.

Então Liu e seus colegas se propuseram a criar uma ferramenta precisa de edição de genes que desse aos pesquisadores a flexibilidade e o controle para fazer vários tipos de edições sem precisar criar sistemas sob medida. Em 2018, a equipe teve sucesso na edição principal: uma combinação de enzimas, incluindo uma enzima Cas9 modificada, que poderia alterar letras individuais de DNA, excluir letras ou inserir uma série de letras em um genoma, com danos mínimos às cadeias de DNA.

“É fantástico”, diz Sontheimer. “A amplitude das mutações que podem ser introduzidas é um dos maiores avanços. Aquilo é enorme.”

Mas a equipe de Liu e outros precisarão avaliar cuidadosamente como o sistema funciona em uma variedade de células e organismos. “Este primeiro estudo é apenas o começo – e não o fim – de uma aspiração de longa data nas ciências da vida de poder fazer qualquer alteração no DNA em qualquer posição do organismo”, diz Liu.

Com informações do NPR e Nature

Nature 574, 464-465 (2019)

doi: 10.1038 / d41586-019-03164-5

Referências:

  1. Anzalone, A. V. et al. Nature https://doi.org/10.1038/s41586-019-1711-4 (2019).
  2. 2.Komor, A. C. et al. Nature 533, 420-424 (2016).