La investigación respalda el desarrollo de nuevas terapias génicas basadas en ARNt supresor
los ARNt supresores suprimen la mutación mIdua-W401X en las células HEK293. Crédito: Naturaleza (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-04533-3
Los investigadores de terapia génica de la Facultad de Medicina de UMass Chan han mostrado la primera evidencia de que una terapia de ARN de transferencia supresora (ARNt) puede restaurar la producción de proteínas hasta seis meses después del tratamiento en un modelo de ratón de la rara enfermedad genética mucopolisacaridosis tipo I, según un nuevo artículo publicado en Nature.
Guangping Gao, Ph.D., Dan Wang, Ph.D., y sus colegas informan sobre «ARNt supresores sin sentido que operan en codones de terminación prematura» administrados por AAV, o AAV-NoSTOP para abreviar. La investigación respalda el desarrollo de una nueva caja de herramientas de terapias supresoras de ARNt que potencialmente pueden restaurar la función de genes nativos en una gran cantidad de tejidos, incluidos el corazón, los músculos, el cerebro y el hígado, aliviando así las enfermedades genéticas causadas por mutaciones prematuras del codón de parada.
Las terapias transgénicas y de reemplazo de genes se centran en reparar o reconstruir material genético defectuoso para producir un efecto terapéutico. Los enfoques actuales de la terapia génica se enfrentan a desafíos como la toxicidad, los efectos fuera del objetivo no deseados y las reacciones inmunitarias dañinas. Mientras tanto, la maquinaria de edición de genes, como los sistemas basados en CRISPR, puede ser un desafío debido a su tamaño y al espacio de carga limitado de la mayoría de los mecanismos de entrega. Debido a que las terapias de ARNt utilizan la maquinaria de producción de proteínas celular nativa de la célula y son relativamente pequeñas, tienen la ventaja potencial de restaurar la regulación génica endógena con menos de estos desafíos. Sin embargo, las limitaciones tecnológicas han impedido que los científicos realicen estudios formales que aborden la seguridad, la eficiencia y la eficacia de una terapia génica de ARNt en un modelo animal de enfermedad.
«El nuestro es el primer estudio formal que proporciona evidencia en un animal modelo de una enfermedad humana en el que las terapias basadas en ARNt pueden restaurar de forma segura la expresión génica», dijo el Dr. Wang, profesor asistente de terapias de ARN. «Demostramos que es posible entregar una plataforma de ARNt in vivo con seguridad y eficacia a largo plazo en un animal enfermo. Al lograr la expresión génica a largo plazo en un animal, el ARNt supresor abre una oportunidad completamente nueva para crear terapias génicas para un amplia gama de trastornos genéticos».
Los ARN de transferencia desempeñan un papel fundamental en la forma en que se fabrican las proteínas dentro de una célula. Son responsables de reunir físicamente los diversos aminoácidos que, cuando se combinan, forman proteínas funcionales. Al igual que el ARN mensajero (ARNm), que lleva las instrucciones para ensamblar los aminoácidos en el orden correcto para formar proteínas, cada molécula de ARNt conecta físicamente los aminoácidos a la secuencia correcta de ARNm. Estos ARNt se unen a los aminoácidos y los llevan a la maquinaria de producción de proteínas en la célula llamada ribosoma. En la punta de cada ARNt hay un anticodón, una secuencia de tres nucleótidos. Este anticodón corresponde a una secuencia complementaria a lo largo de la cadena de ARNm. A medida que el ribosoma «lee» el ARNm, el ARNt es responsable de mover y luego transferir su aminoácido a la posición correcta a lo largo de la secuencia del ARNm.
Dentro de cada folleto de instrucciones de ARNm hay instrucciones adicionales llamadas codones de terminación que indican la maquinaria de los ribosomas cuando una proteína está completa y cuándo dejar de añadir aminoácidos. En algunos casos, sin embargo, una mutación de un solo nucleótido dentro de un gen puede hacer que el ribosoma deje de producir proteínas prematuramente. Estos codones de parada prematuros producen proteínas incompletas que pueden volverse tóxicas para la célula o resultar en proteínas que ya no pueden llevar a cabo su función requerida; en algunos casos, se produce toxicidad y pérdida de la función.
«Alrededor de 11 El % de todas las enfermedades genéticas son causadas por una sola mutación de nucleótido que da como resultado un codón de terminación prematuro», explicó el coautor Dr. Gao, profesor Penelope Booth Rockwell en Investigación Biomédica, profesor de microbiología y sistemas fisiológicos, director de Horae Gene Centro de Terapia y codirector del Instituto Li Weibo para la Investigación de Enfermedades Raras. «Puede ser posible diseñar una plataforma terapéutica que utilice la terapia supresora de ARNt para tratar otras enfermedades que se forman debido a los codones de terminación prematuros. Esto incluiría ciertos tipos de fibrosis quística y distrofia muscular».
Wang y Gao desarrolló un ARNt supresor que permite que la maquinaria de los ribosomas se salte estos codones de terminación prematuros, lo que hace que el aparato de producción de proteínas continúe construyendo una proteína completa y funcional. Al implementar su terapia de ARNt, administrada por un virus adenoasociado recombinante (rAAV) a ratones con una mutación en el gen llamado IDUA, los investigadores demostraron que es posible restaurar los niveles de proteína funcional y no observaron ningún efecto secundario.
Las mutaciones en el gen IDUA causan el trastorno de almacenamiento lisosomal mucopolisacaridosis tipo I. El gen IDUA proporciona instrucciones para producir una enzima llamada alfa-L-iduronidasa, que es esencial para descomponer grandes moléculas de azúcar llamadas glicosaminoglicanos (GAG). La falta de actividad de la enzima alfa-L-iduronidasa conduce a la acumulación de sulfato de heparán y sulfato de dermatán dentro de los lisosomas. Los investigadores creen que los GAG acumulados también pueden interferir con las funciones de otras proteínas dentro de los lisosomas e interrumpir el movimiento de las moléculas dentro de la célula.
Gao y Wang eligieron probar su AAV-NoSTOP en la mucopolisacaridosis tipo I porque los efectos bioquímicos de la enfermedad están presentes en todo el cuerpo, lo que permite la investigación de múltiples tipos de tejidos.
Aunque las tecnologías de ARNt existen desde hace más de 40 años, la traducción de la tecnología a terapias se ha visto retrasada por una incapacidad para evaluar los impactos bioquímicos de la modificación de las secuencias de ARNt. Wang y Gao pudieron utilizar tecnologías recientemente desarrolladas en el perfilado de ribosomas y la secuenciación de ARNt para interrogar bioquímicamente sus resultados y evaluar posibles efectos fuera del objetivo.
Los hallazgos de la investigación respaldan la idea de que un ARNt supresor puede restaurar la proteína normal producción, dijo Wang. Dicha plataforma eliminaría la necesidad de entregar un gen de longitud completa que pueda exceder el límite de empaquetamiento de los vectores AAV y evitar respuestas inmunitarias dañinas causadas por tecnologías de edición de genes como las proteínas asociadas a CRISPR.
«Cuando se combinan con la tecnología de administración de genes basada en AAV que se está desarrollando para diferentes tejidos, una plataforma AAV-NoSTOP sería una adición clínica potencialmente valiosa para desarrollar terapias basadas en genes», dijo Gao.
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El nacimiento de un gen de ARNt bacteriano Más información: Jiaming Wang et al, el ARNt supresor administrado por AAV supera una mutación sin sentido en ratones, Nature (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-04533-3 Información de la revista: Nature
Proporcionado por la Facultad de Medicina de la Universidad de Massachusetts Cita: La investigación respalda el desarrollo de un nuevo ARNt supresor -based gene therapys (2022, 21 de abril) recuperado el 29 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2022-04-suppressor-trna-based-gene-therapies.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.