Una nueva enzima permite que las tecnologías CRISPR puedan utilizarse con precisión en casi todos los genes humanos

Publicado originalmente por Michaela Kane, Duke University, el 5 de diciembre de 2023

 

Crédito: Nature Chemical Biology (2023). DOI: 10.1038/s41589-023-01481-5

Un equipo de ingenieros de la Universidad de Duke ha desarrollado un nuevo método para ampliar el alcance de las tecnologías CRISPR. Mientras que el sistema CRISPR original sólo podía utilizarse para el 12,5% del genoma humano, el nuevo método amplía el acceso a casi todos los genes para poder atacar y tratar mediante ingeniería genómica una gama más amplia de enfermedades.

En la investigación participaron colaboradores de la Universidad de Harvard, el Instituto Tecnológico de Massachusetts, la Facultad de Medicina de la Universidad de Massachusetts, la Universidad de Zúrich y la Universidad McMaster.

Este trabajo se publicó el 4 de octubre en la revista Nature Communications.

CRISPR-Cas es un sistema inmunitario bacteriano que permite a las bacterias utilizar moléculas de ARN y proteínas asociadas a CRISPR (Cas) para atacar y destruir el ADN de virus invasores. Desde su descubrimiento, los investigadores se han apresurado a desarrollar un arsenal de nuevos sistemas CRISPR para aplicaciones en terapia génica e ingeniería genómica.

Para modificar el genoma, las proteínas Cas utilizan tanto una molécula de ARN, que guía a la enzima hasta el tramo de ADN deseado, como un motivo adyacente al protoespaciador (protospacer adjacent motif) o PAM, una secuencia corta de ADN que sigue inmediatamente a la secuencia de ADN deseada y que es necesaria para que la proteína Cas se una a ella.

Una vez que el ARN guía encuentra su secuencia de ADN complementaria y la enzima Cas se une al PAM adyacente, la enzima actúa como unas tijeras para hacer un corte en el ADN, desencadenando los cambios deseados en el genoma. El sistema CRISPR-Cas más común es el Cas9 de la bacteria Streptococcus pyogenes (SpCas9), que requiere una secuencia PAM de dos bases de guanina (GG) seguidas.

En trabajos anteriores, Chatterjee y su equipo utilizaron herramientas bioinformáticas para descubrir y diseñar nuevas proteínas Cas9, entre ellas Sc++, que sólo requiere una única base de guanina PAM para realizar un corte. Este cambio permitió a los investigadores editar casi el 50% de todas las secuencias de ADN.

Al mismo tiempo, los colaboradores de Chatterjee en Harvard, dirigidos por Benjamin Kleinstiver, profesor adjunto de la Facultad de Medicina de Harvard, diseñaron otra variante llamada SpRY. Aunque SpRY podía unirse a cualquiera de las cuatro bases de ADN que podían formar la PAM, tenía una afinidad mucho mayor con la adenina y la guanina.

Como ambos sistemas tenían inconvenientes, el grupo decidió unir lo mejor de ambos en una nueva variante llamada SpRyc.

"CRISPR es una herramienta fantástica para editar ADN específico, pero todavía tenemos restricciones sobre qué genes podemos editar. La herramienta CRISPR original sólo podía editar alrededor del 12,5% de todas las secuencias de ADN en función de dónde se encontrara ese espaciador específico. Si tienes una mutación en el 87,5% restante, no tienes suerte. Con esta nueva herramienta, podemos atacar casi el 100% del genoma con mucha más precisión", afirma Chatterjee.

Aunque SpRYc es más lenta que sus homólogas a la hora de cortar objetivos de secuencias de ADN, es más eficaz que las dos enzimas tradicionales en la edición de secciones específicas de ADN. A pesar de la amplitud de SpRYc, también mostró ser más preciso que SpRY.

Tras establecer las capacidades de edición de SpRYc, el equipo investigó los posibles usos terapéuticos de la herramienta para enfermedades genéticas que no podían tratarse con el sistema CRISPR estándar. Su primera prueba fue el síndrome de Rett, un trastorno neurológico progresivo que afecta predominantemente a mujeres jóvenes y está causado por una de las ocho mutaciones de un gen específico.

La segunda fue la enfermedad de Huntington, un raro trastorno neurológico hereditario que provoca la degeneración de las neuronas del cerebro. El equipo descubrió que SpRYc era capaz de alterar mutaciones hasta entonces inaccesibles, lo que ofrecía posibles oportunidades terapéuticas para ambas enfermedades.

"SpRYc tiene un gran potencial, ya sea explorando cómo trasladarlo a la clínica o encontrando formas de hacerlo aún más eficaz", afirma Chatterjee. "Estamos deseando explorar todas las capacidades de nuestra herramienta".

Nota de corrección (12/5/2023): La publicación de referencia citada en el texto del artículo se ha actualizado de Nature Chemical Biology a Nature Communications para mayor precisión.

Más información: Lin Zhao et al, PAM-flexible genome editing with an engineered chimeric Cas9, Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-41829-y , https://www.nature.com/articles/s41467-023-41829-y

Información de la revista: Nature Communication

Proporcionado por: Duke University

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