CRISPR ha revolucionado la ingeniería del genoma, pero el tamaño de sus componentes de edición de genes moleculares ha limitado sus usos terapéuticos hasta ahora. Ahora, un trío de nuevos artículos de investigación detallan versiones compactas de la herramienta de edición de genes que podrían expandir significativamente sus aplicaciones.
Si bien hemos podido editar genomas desde la década de 1990, la introducción de CRISPR en 2015 transformó el campo gracias a su flexibilidad, simplicidad y eficiencia. La tecnología se basa en un sistema inmunológico rudimentario que se encuentra en microbios que combina fotografías genéticas de virus con una enzima llamada Cas9 que los caza y corta su ADN.
Este sistema se puede reutilizar reemplazando el código genético viral con cualquier secuencia que desee editar y cortando con precisión el ADN en esa ubicación. Sin embargo, un problema sobresaliente es que el gran tamaño físico del sistema dificulta la entrega eficaz a las células.
Los vectores virales adenoasociados (AAV), que son virus pequeños no patógenos que pueden reutilizarse para inyectar código genético en las células, son el sistema de administración estándar de oro para las terapias génicas in vivo. Producen poca respuesta inmune y han recibido la aprobación de la FDA para uso terapéutico, pero su pequeño tamaño dificulta su uso para administrar CRISPR.
Ahora, sin embargo, tres artículos de investigación publicados la semana pasada muestran que una familia de pequeñas proteínas Cas derivadas de arqueas son lo suficientemente pequeñas como para caber en los AAV y pueden editar el ADN humano.
La proteína Cas9 más utilizada proviene de la bacteria Streptococcus pyogenes, que tiene 1.368 aminoácidos de longitud. Cuando se combina con la secuencia de ARN necesaria para guiarlo hacia su objetivo, es demasiado grande para caber en un AAV. Y aunque puede entregarlos por separado, esto reduce significativamente la eficiencia, ya que no puede garantizar que cada celda reciba ambos.
Pero existe una diversidad considerable en las proteínas utilizadas en los sistemas CRISPR naturales, por lo que los investigadores han estado examinando el mundo microbiano en busca de alternativas más pequeñas.
Dos candidatos prometedores son las proteínas Cas9 de Staphylococcus aureus y Streptococcus thermophilus, que tienen 1.053 y 1.121 aminoácidos de longitud, respectivamente. Su tamaño relativamente más pequeño permite empaquetarlos en un AAV junto con su ARN guía.
Dicho esto, incluso estas dos alternativas más pequeñas pueden no ser lo suficientemente pequeñas.
En los últimos años, las capacidades de CRISPR se han expandido significativamente , pasando de simplemente cortar un solo gen a insertar genes, intercambiar letras de ADN o apuntar a múltiples sitios a la vez. Todo esto requiere que se entregue mucho más material genético en la célula, lo que descarta los AAV.
Sin embargo, otra familia de proteínas conocida como Cas12f ha llamado la atención por sus diminutas proporciones, generalmente entre 400 y 700 aminoácidos, pero no se sabía si se las podía convencer para que actuaran fuera de los microbios.
Ahí es donde entran los artículos de la semana pasada, publicados en Nature Biotechnology y Nature Chemical Biology . Los científicos demostraron que las proteínas de esta familia podrían empaquetarse dentro de los AAV junto con su ARN guía y entregarse a las células humanas para realizar ediciones efectivas.
Un tercer artículo en Molecular Cell utilizó la ingeniería de proteínas para transformar una proteína Cas12f que no parecía funcionar en células de mamíferos en una que sí lo hizo. Si bien el equipo en realidad no probó si podían administrar la proteína utilizando AAV, demostraron que era lo suficientemente pequeña, incluso cuando se combinaba con una variedad de herramientas avanzadas como los editores principales y básicos.
Estos avances podrían proporcionar un impulso significativo a las terapias in vivo. CRISPR administrado por nanopartículas de lípidos, el mismo mecanismo utilizado en las vacunas de ARNm, ya se está abriendo camino en la clínica , pero este enfoque es significativamente menos eficiente que los AAV.
Sin embargo, estos son todavía estudios en una etapa muy temprana y, a pesar del rendimiento de edición prometedor, se necesitará mucha más investigación para caracterizar adecuadamente las capacidades y los perfiles de seguridad de estas nuevas proteínas. Sin embargo, si resultan ser tan efectivos como el sistema CRISPR original, podrían expandir drásticamente el alcance de las terapias potenciales.
Fuente:
Gent, E. (2021b, septiembre 4). New Mini-CRISPR Systems Could Dramatically Expand the Scope of Gene Therapy. Recuperado 6 de septiembre de 2021, de https://singularityhub.com/2021/09/05/new-mini-crispr-systems-could-dramatically-expand-the-scope-of-gene-therapy/