Los síntomas en un modelo de ratón con ELA mejoran con la edición de la base CRISPR
ARRIBA: Los astrocitos (azul) se han infiltrado en el interior de la médula espinal y han afectado a las neuronas (amarillo) en un modelo de ratón con esclerosis lateral amiotrófica (ELA). En el estudio, los investigadores desarrollaron un enfoque para entregar un sistema de edición de base CRISPR (verde) a los astrocitos para desactivar la expresión de un gen mutante y reducir los síntomas. COLIN LIM, UNIVERSIDAD DE ILLINOIS
Editores de la base , que convierten un nucleótido en otro sin romper el ADN de doble cadena, tienen el potencial de tratar enfermedades causadas por genes mutantes. Sin embargo, un inconveniente es que el ADN que codifica los editores base de CRISPR es demasiado largo para caber en los virus adenoasociados (AAV) que se usan más comúnmente para la terapia génica. En un estudio publicado en Molecular Therapy el 13 de enero, los investigadores dividieron el ADN que codifica un editor base en dos vectores AAV y los inyectaron en un modelo de ratón con esclerosis lateral amiotrófica hereditaria (ELA). La estrategia inhabilitó el gen causante de la enfermedad, mejorando los síntomas de los animales y prolongando sus vidas.
Nos gustaría poder crear herramientas de edición de genes que puedan caber dentro de un vector AAV. Desafortunadamente, algunas de las herramientas son tan grandes que no caben en su interior, por lo que en este estudio pudieron encontrar una solución mediante el uso de una proteína dividida, dice David Segal, bioquímico de la Universidad de California, Davis. , que no participó en la obra. No es la primera vez que se usa ese sistema, pero es la primera vez que se aplica a este tipo de editor base.
Pablo Pérez-Pinera, bioingeniero de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, y sus colegas desarrollaron una estrategia para dividir el editor base en dos partes. En un estudio publicado en 2019, generaron dos vectores AAV diferentes, cada uno con una porción de ADN codificante para un editor de base de adenina a timina. También incluyeron secuencias que codifican los llamados péptidos inteinsshort que cuando se expresan dentro de las proteínas se unen y se escinden, un poco como los intrones en el ARN. Los investigadores incorporaron las inteínas en los vectores de tal manera que cuando las inteínas producidas por los dos vectores se dimerizaron, uniendo las dos partes del editor base, y luego se extirparon, dejaron un editor base funcional de longitud completa.
Cuando Pérez-Pinera le contó a Thomas Gaj, también bioingeniero de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, sobre la estrategia, Gaj le dice a The Scientist, inmediatamente se dispuso a probarlo en un modelo de ratón de ALS. Los ratones transgénicos tienen alrededor de 25 copias del gen humano, superóxido dismutasa 1 (SOD1), con mutaciones que causan ELA en las personas. Los animales muestran pérdida de neuronas motoras y atrofia muscular, además de que sus neuronas acumulan manchas densas en la materia gris y blanca de sus médulas espinales que incluyen proteína SOD1 antes de morir alrededor de los cuatro meses de edad en promedio. Los síntomas y la esperanza de vida en el 20 por ciento de los pacientes con ELA con mutaciones en SOD1 varían según la mutación que tengan, pero la mayoría tiene debilidad muscular y muerte de neuronas motoras, así como inclusiones que contienen proteína SOD1.
En lugar de utilizar el editor base de adenina a timina, los investigadores desarrollaron un convertidor de citosina a timina utilizando la secuencia de codificación de Streptococcus pyogenes Cas9 y un ARN guía que se dirige a SOD1 de tipo salvaje y humano mutante para crear un codón de parada temprano. Esto no afecta al ratón SOD1. En células humanas, el editor de base dividida parecía ser aún más eficiente que cuando el editor se transfectaba en su totalidad, alcanzando aproximadamente el 29 por ciento de los sitios de destino, en comparación con el 19 por ciento de los editores de longitud completa.
A continuación, los autores empaquetaron su editor de base dividida en dos columnas vertebrales de AAV y las inyectaron o un AAV de control en el líquido cefalorraquídeo lumbar de los animales cuando tenían alrededor de dos meses de edad. Los vectores terminaron principalmente en astrocitos, así como en neuronas y microglia. Si bien los investigadores no observaron una diferencia en la aparición de los síntomas alrededor de los tres meses, los ratones que recibieron el editor base mantuvieron su peso y vivieron alrededor de un 10 % más que los controles. Los ratones tratados también tenían menos inclusiones positivas para SOD1 y neuronas motoras más saludables.
En esta sección transversal de la médula espinal de un modelo de ratón con esclerosis lateral amiotrófica (ELA), los investigadores administraron un sistema de edición de base CRISPR (amarillo) para astrocitos (rojo) para deshabilitar la expresión de un gen mutante y reducir los síntomas. Colin Lim, Universidad de Illinois
Uso de editores de base para deshabilitar el gen SOD1 mutante en los astrocitos (un tipo de célula que normalmente respalda la función saludable del sistema nervioso pero en SOD1-ALS ejerce toxicidad sobre las neuronas motoras) condujo a una marcada desaceleración en la progresión de la enfermedad, escribe Gaj en un correo electrónico a The Scientist. Las estrategias clínicas que pueden retrasar significativamente la enfermedad son especialmente importantes y deben estudiarse más a fondo.
Esta es una buena indicación de que la edición de bases en realidad se puede usar para tratar la ELA, dice Baisong Lu, investigador de terapia génica en Wake. escuela del bosque l de Medicina que no participó en el trabajo. Advierte que los efectos fuera del objetivo (el editor base puede editar tanto el ADN como el ARN) y la duración del método de administración de AAV necesitan más trabajo antes de que esta técnica sea segura para las personas.
La estrategia de AAV dual podría también ser costoso, dice Mimoun Azzouz, neurocientífico de la Universidad de Sheffield en el Reino Unido. Pensando en el desarrollo clínico y el marketing y la comercialización de este producto, necesita fabricar dos virus y debe evaluar la seguridad de estos dos virus, por lo que el costo puede ser extremadamente alto.
A pesar de los desafíos , la estrategia parece prometedora para la traducción a humanos, escribe Pérez-Pinera en un correo electrónico a The Scientist.La Administración de Alimentos y Medicamentos ya aprobó los AAV para la terapia génica, explica. Además, el uso de un modelo humanizado de la enfermedad en un ratón que contiene la secuencia humana del gen objetivo significa que el método validado en modelos de ratón se puede traducir a personas sin adaptarlos para que se dirijan a una secuencia diferente. Las personas que desarrollan ELA debido a una mutación en SOD1 también tienen una buena copia del gen, al igual que los ratones, que tienen una copia de ratón funcional.
Inyectamos modelos animales poco antes del inicio de la enfermedad. Si bien inyectar antes a los animales podría mejorar el resultado de la enfermedad, como se demostró en otros estudios, la realidad es que la ELA generalmente no se diagnostica hasta que el paciente experimenta síntomas. Nuestro estudio predice lo que se puede esperar del tratamiento de un paciente recientemente diagnosticado con la enfermedad, escribe Pérez-Pinera.
Todavía tenemos un largo camino por recorrer antes de que los resultados de nuestro estudio actual puedan beneficiar a los pacientes con ELA, reconoce Gaj . Los investigadores están trabajando para minimizar los efectos no deseados y desarrollar nuevos métodos de administración que podrían mejorar la eficacia. Todavía tenemos una serie de preguntas importantes que responder y obstáculos tecnológicos que abordar antes de comenzar a pensar en la traducción clínica.
CKW Lim et al., Treatment of a mouse model of ALS by edición de base in vivo, Terapia Molecular, doi:10.1016/ j. ymthe.2020.01.005, 2020.
Abby Olena es una periodista independiente que reside en Alabama. Encuéntrala en Twitter @abbyolena.