Utilizando 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 usa 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, lo que permitió a los investigadores identificar genes que protegen a las células de una proteína asociada con la enfermedad de Parkinson.
La nueva tecnología, descrita en la revista Célula Molecularofrece una nueva forma de buscar objetivos farmacológicos para muchas enfermedades, no solo el Parkinson, dice Timothy Lu, profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática y de ingeniería biológica del MIT.
«El estado del arte en este momento apunta a dos o tres genes simultáneamente y luego observa los efectos, pero creemos que tal vez 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 posdoctorado Ying-Chou Chen y el estudiante graduado 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 cortas de guía de ARN que se dirigen a secuencias específicas del genoma, indicando a Cas9 dónde hacer sus cortes. Mediante 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, reclute factores de transcripción (proteínas que se requieren 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 a varios genes, según la secuencia guía particular. Esto permite a los investigadores seleccionar aleatoriamente 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 individuales de interés, expresaríamos guías aleatorias dentro de la célula», dice Lu. «Usando ese enfoque, ¿podemos detectar ARN guía que tengan actividades protectoras inusualmente fuertes en un modelo de enfermedad neurodegenerativa?».
Los investigadores implementaron esta tecnología en células de levadura modificadas genéticamente para producir en exceso una proteína asociada con la enfermedad de Parkinson, conocida como alfa-sinucleína. Esta proteína, que forma grumos en el cerebro de los pacientes de Parkinson, normalmente es tóxica para las células de levadura.
Usando esta pantalla, el equipo del MIT identificó una hebra guía de ARN que tenía un efecto muy poderoso, manteniendo 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.
Un examen genético adicional 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 en el 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 trafican proteínas que están involucradas en el empaquetamiento 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 los otros.
Efectos protectores
Una vez que los investigadores identificaron estos genes en la levadura, probaron los equivalentes humanos en neuronas humanas, cultivadas en una placa de laboratorio, que también sobreproducen alfa sinucleína. Estos genes humanos también protegían contra la muerte inducida por alfa-sinucleína, lo que sugiere que podría valer la pena probarlos como tratamientos de terapia génica para la enfermedad de Parkinson, dice Lu.
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.
