Super preciso de novos CRISPR ferramenta poderia enfrentar uma infinidade de doenças genéticas

For all the ease with which the wildly popular CRISPR–Cas9 gene-editing tool alters genomes, it’s still somewhat clunky and prone to errors and unintended effects. Agora, uma alternativa recentemente desenvolvida oferece maior controle sobre as edições do genoma — um avanço que poderia ser particularmente importante para o desenvolvimento de terapias genéticas.

o método alternativo, chamado edição primária, melhora as chances de que os pesquisadores vão acabar com apenas as edições que eles querem, em vez de uma mistura de mudanças que eles não podem prever. A ferramenta, descrita em um estudo publicado em 21 de outubro no Nature1, também reduz os efeitos “fora do alvo” que são um desafio chave para algumas aplicações do sistema padrão CRISPR–Cas9. Isso pode tornar as terapias genéticas de primeira edição mais seguras para uso nas pessoas.

a ferramenta também parece capaz de fazer uma maior variedade de edições, o que pode um dia permitir que ele seja usado para tratar as muitas doenças genéticas que têm até agora retardado gene-editores. David Liu, um biólogo químico do amplo Instituto de MIT e Harvard em Cambridge, Massachusetts e autor de estudos de liderança, estima que a edição principal pode ajudar os pesquisadores a lidar com cerca de 90% das mais de 75.000 variantes de DNA associadas à doença listadas em ClinVar, um banco de dados público desenvolvido pelos Institutos Nacionais de saúde dos EUA.

a especificidade das mudanças que esta última ferramenta é capaz de fazer também pode tornar mais fácil para os pesquisadores para desenvolver modelos de doença no laboratório, ou para estudar a função de genes específicos, diz Liu.

“It’s early days, but the initial results look fantastic,” says Brittany Adamson, who studies DNA repair and gene editing at Princeton University in New Jersey. “Vais ver muita gente a usá-la.”

Primeiro-edição poderá não ser capaz de fazer a muito grandes de DNA inserções ou exclusões que CRISPR–Cas9 é capaz de — por isso é improvável substituir completamente o bem estabelecida ferramenta de edição, diz biólogo molecular Erik Sontheimer na Universidade de Massachusetts Medical School, em Worcester. Isso é porque para edição primária, a mudança que um pesquisador quer fazer é codificada em uma cadeia de RNA. Quanto mais tempo a cadeia fica, mais provável é que seja danificada por enzimas na célula.

“diferentes sabores de plataformas de edição de genomas ainda serão necessários para diferentes tipos de edições”, diz Sontheimer.

mas a edição primária parece ser mais precisa e versátil do que outras alternativas CRISPR desenvolvidas até agora. Essas incluem versões modificadas de CRISPR-Cas9 que permitem aos pesquisadores trocar uma letra de DNA por outra, e ferramentas mais antigas, como nucleases de dedos de zinco, que são difíceis de adaptar a cada edição desejada.

liberdade através do controlo

CRISPR–Cas9 e edição primária ambos trabalham cortando ADN num ponto específico do genoma. CRISPR-Cas9 quebra ambos os fios da dupla hélice de DNA e, em seguida, depende do próprio sistema de reparação da célula para remendar os danos e fazer as edições. Mas esse sistema de reparação não é fiável e pode inserir ou eliminar letras de ADN nos pontos onde o genoma foi cortado. Isto pode levar a uma mistura incontrolável de edições que variam entre as células.

além disso, mesmo quando os pesquisadores incluem um modelo para orientar como o genoma é editado, o sistema de reparo de DNA na maioria das células é muito mais propenso a fazer essas pequenas inserções aleatórias ou supressões do que adicionar uma sequência específica de DNA ao genoma. Isso torna difícil — e em alguns casos, quase impossível–para os pesquisadores usar CRISPR-Cas9 para substituir um pedaço de DNA com uma sequência de sua escolha.

a edição principal contorna estes problemas (ver ‘Editor de precisão’). Embora também use Cas9 para reconhecer sequências específicas de DNA-assim como CRISPR–Cas9 faz — a enzima Cas9 na ferramenta de edição primária é modificada para nick apenas uma cadeia de DNA. Então, uma segunda enzima chamada transcriptase reversa e guiada por uma cadeia de RNA, faz as edições no local do corte.

O primeiro-edição enzimas não ter de dividir ambos os filamentos de DNA para fazer alterações, liberando os pesquisadores de confiar no DNA da célula de reparação do sistema que eles não podem controlar — para fazer as edições que eles querem. Isto significa que a edição primária poderia permitir o desenvolvimento de tratamentos para doenças genéticas causadas por mutações que não são facilmente abordadas por ferramentas de edição de genes existentes.

Uma ferramenta multifunção

Anteriormente, pesquisadores, incluindo Liu, pensei que eles precisam para desenvolver gene-ferramentas de edição específicas para cada categoria de mudança que eles queria fazer em um genoma: inserções, deleções ou DNA carta substituições. E as opções eram limitadas quando se tratava de fazer substituições precisas.

uma técnica mais antiga, chamada edição de base, que é comparável em precisão à edição primária, converte quimicamente uma letra de DNA diretamente em outra-algo que CRISPR-Cas9 não pode fazer-tal como converter um T para um A ou um G para um C, sem quebrar ambos os strands2 de DNA. Desenvolvido por Liu, a edição de base pode ser útil para corrigir algumas doenças genéticas causadas por mutações de uma única letra, incluindo a forma mais comum de anemia falciforme.

mas a edição de base não pode ajudar com distúrbios genéticos causados por mutações multi–letras, como a doença de Tay-Sachs, uma doença geralmente fatal, normalmente causada pela inserção de quatro letras de ADN no gene HEXA.Liu e seus colegas se propuseram a criar uma ferramenta precisa de edição de genes que deu aos pesquisadores a flexibilidade e controle para fazer vários tipos de edições sem ter que criar sistemas sob medida. Em 2018, a equipe bateu na edição principal: uma combinação de enzimas, incluindo uma enzima Cas9 modificada, que pode alterar letras de ADN individuais, apagar letras ou inserir uma série de letras num genoma, com danos mínimos nas cadeias de ADN.”é fantástico”, diz Sontheimer. “A amplitude das mutações que podem ser introduzidas é um dos maiores avanços. Isso é enorme.”

mas a equipe de Liu e outros agora precisam avaliar cuidadosamente como o sistema funciona em uma variedade de células e organismos. “Este primeiro estudo é apenas o começo — e não o fim — de uma aspiração de longa data nas ciências da vida para ser capaz de fazer qualquer mudança de DNA em qualquer posição em um organismo”, diz Liu.