La capacidad de editar genes en organismos vivos ofrece la oportunidad de tratar una gran cantidad de enfermedades hereditarias. Sin embargo, muchos tipos de herramientas de edición de genes no pueden apuntar a áreas críticas de ADN, y crear tal tecnología ha sido difícil ya que el tejido vivo contiene diversos tipos de células.

Ahora, los investigadores del Instituto Salk han desarrollado una nueva herramienta, denominada SATI, para editar el genoma del ratón, lo que permite al equipo apuntar a una amplia gama de mutaciones y tipos de células. La nueva tecnología de edición del genoma, descrita en Investigación celular el 23 de agosto de 2019, podría ampliarse para su uso en una amplia gama de condiciones de mutación genética, como la enfermedad de Huntington y el raro síndrome de envejecimiento prematuro, la progeria.

"Este estudio ha demostrado que SATI es una herramienta poderosa para la edición del genoma", dice Juan Carlos Izpisua Belmonte, profesor en el Laboratorio de Expresión Genética de Salk y autor principal del artículo. "Podría resultar instrumental en el desarrollo de estrategias efectivas para el reemplazo de genes objetivo de muchos tipos diferentes de mutaciones, y abre la puerta para usar herramientas de edición del genoma para posiblemente curar una amplia gama de enfermedades genéticas".

Las técnicas que modifican el ADN, especialmente el sistema CRISPR-Cas9, generalmente han sido más efectivas para dividir las células, como las de la piel o el intestino, utilizando los mecanismos normales de reparación del ADN de las células. El laboratorio de Izpisua Belmonte demostró previamente que su tecnología de edición de genes basada en CRISPR / Cas9, llamada HITI (para la integración dirigida independiente de la homología), podría apuntar tanto a las células en división como a las no en división. Las regiones codificantes de proteínas funcionan como recetas para producir proteínas, mientras que las áreas llamadas regiones no codificantes actúan como cocineros que deciden cuánta comida hacer. Estas regiones no codificantes constituyen la gran mayoría del ADN (~ 98%) y regulan muchas funciones celulares, incluida la desactivación y activación de genes, por lo que podría ser un objetivo valioso para futuras terapias génicas.

"Buscamos crear una herramienta versátil para apuntar a estas regiones no codificantes del ADN, lo que no afectaría la función del gen y permitiría apuntar a una amplia gama de mutaciones y tipos de células", dice Mako Yamamoto, co- primer autor del artículo y becario postdoctoral en el laboratorio Izpisua Belmonte. "Como prueba de concepto, nos centramos en un modelo de ratón de envejecimiento prematuro causado por una mutación que es difícil de reparar utilizando las herramientas de edición del genoma existentes".

El nuevo método de activación genética, que los científicos llaman SATI (abreviatura de integración de orientación de intrón mediada por donante de brazo de linealización intercelular individual) es un avance del método HITI anterior para permitirle apuntar a áreas adicionales del genoma. SATI funciona insertando una copia normal del gen problemático en la región no codificante del ADN antes del sitio de mutación. Este nuevo gen luego se integra en el genoma junto con el gen antiguo a través de una de varias vías de reparación de ADN, aliviando al organismo de los efectos perjudiciales del gen mutado original, sin arriesgar el daño asociado con reemplazarlo por completo.

Los científicos probaron la tecnología SATI en ratones vivos con progeria, que es causada por una mutación en el gen LMNA. Tanto los humanos como los ratones con progeria muestran signos de envejecimiento prematuro, disfunción cardíaca y una vida útil acortada dramáticamente debido a la acumulación de una proteína llamada progerina. Mediante el uso de SATI, se insertó una copia normal del gen LMNA en los ratones progeria. Los investigadores pudieron observar características disminuidas del envejecimiento en varios tejidos, incluida la piel y el bazo, junto con una extensión de la vida (aumento del 45% en comparación con los ratones progeria no tratados). Una extensión similar de la vida, cuando se traduce a los humanos, sería más de una década. Por lo tanto, el sistema SATI representa la primera tecnología de corrección génica in vivo que puede apuntar a regiones de ADN no codificantes en múltiples tipos de tejidos.

A continuación, el equipo tiene como objetivo mejorar la eficiencia de SATI mediante el aumento de la cantidad de células que incorporan el nuevo ADN.

"Específicamente, investigaremos los detalles de los sistemas celulares involucrados en la reparación del ADN para refinar aún más la tecnología SATI para una mejor corrección del ADN", dice Reyna Hernández-Benítez, coautora del artículo y becaria postdoctoral en Izpisua Belmonte. laboratorio.

Otros autores incluyeron a Keiichiro Suzuki, Rupa Devi Soligalla, Emi Aizawa, Fumiyuki Hatanaka, Masakazu Kurita, Pradeep Reddy, Alejandro Ocampo, Tomoaki Hishida, Masahiro Sakurai, Amy N. Nemeth, Concepción Rodríguez Esteban de Salk; Zhe Li, Christopher Wei y Kun Zhang de la Universidad de California en San Diego; Estrella Nuñez Delicado de la Universidad Católica San Antonio de Murcia; Jun Wu del Centro Médico Southwestern de la Universidad de Texas; Josep M. Campistol del Hospital Clinic de Barcelona en España; Pierre Magistretti de la Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdullah en Arabia Saudita; Pedro Guillén de la Clínica CEMTRO en España; Jianhui Gong, Yilin Yuan y Ying Gu de BGI-Shenzhen en China; Guang-Hui Liu de la Academia China de Ciencias; y Carlos López-Otín de la Universidad de Oviedo en España.

El trabajo fue financiado por el Premio Especial Salk Women & Science 2016, el JSPS KAKENHI (15K21762 y 18H04036), la Fundación de Ciencia Takeda, la Fundación Memorial Uehara, los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales (BS291007), la Fundación Sumitomo (170220), The Naito Foundation, The Kurata Grants (1350), Mochida Memorial Foundation, The Inamori Foundation, Guangdong Provincial Key Laboratory of Genome Read and Write (No. 2017B030301011), Guangdong Provincial Academic Workstation of BGI Synthetic Genomics (No. 2017B090904014), el Plan Shenzhen Peacock (No. KQTD20150330171505310), The Leona M. y Harry B. Helmsley Charitable Trust (2012-PG-MED002), la Fundación Caritativa G. Harold y Leila Y. Mathers, los Institutos Nacionales de Salud (R01HL123755 y 5 DP1 DK113616), The Progeria Research Foundation, The Glenn Foundation, KAUST, The Moxie Foundation, la Fundación Dr. Pedro Guillen, la Asociación de Futbolistas Españoles y la Universidad Católica San Antonio d e Murcia (UCAM).

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