CRiSPR y síndrome dup15q
-Por Dra. Stormy Chamberlain
Miembro de la Junta Asesora Profesional de Dup15q Alliance
Centro de Salud de la Universidad de Connecticut, Farmington, CT, Profesor Asociado, Genética y Ciencias del Genoma
Director Asociado, Programa de Posgrado en Genética y Biología del Desarrollo
ACTUALIZADO: 3/10/2020
CRISPR es una gran herramienta para el laboratorio, pero su uso como terapéutico para Dup15q probablemente esté lejos y no sea ideal. Aunque el corte CRISPR es extremadamente eficiente, usar CRISPR para eliminar el cromosoma duplicado o el segmento cromosómico por completo es increíblemente ineficiente, incluso en el laboratorio. Comenzamos con 1 millón de células y solo a veces eliminamos el cromosoma idico. Nunca hemos eliminado el cromosoma intersticial. Se necesitaría que este proceso ineficaz funcione correctamente en muchas neuronas individuales del cerebro sin errores. ¿Mencioné que es ineficiente?
¿No podríamos eliminar / cambiar un gen a la vez? Sí, excepto que todavía no sabemos qué gen sería ese, y es probable que sea más de uno. Tampoco podemos controlar cuántas de las 3-4 copias de un gen afectaría. Incluso para cambiar un gen, CRISPR estaría en una neurona durante mucho tiempo, cortando eficientemente el ADN que no debería estar cortando. Las reparaciones de estos cortes están llenas de errores, que pueden derivar en situaciones peligrosas como mutaciones y cáncer. Hay mejores formas que los CRISPR de corte de ADN para reducir la producción de genes, como ASO, ARNip, miARN, regulación epigenética, etc. Es probable que estos sean más seguros, más efectivos y más rápidos de desarrollar como terapéutico que CRISPR.
Dicho esto, existen otros enfoques CRISPR que pueden ser más propensos a desarrollarse como terapia para Dup15q. Estos utilizan un CRISPR "muerto" que no corta el ADN. En cambio, este CRISPR muerto se puede usar para llevar reguladores a genes específicos para disminuir su producción. También hay CRISPR que cortan ARN en lugar de ADN y pueden reducir la producción de genes específicos. Nos enteramos de esto en nuestro simposio científico en 2018. También existen algunos riesgos para los CRISPR de corte de ARN, pero no tanto como los CRISPR de corte de ADN.
En el contexto de la publicación reciente sobre el uso de CRISPR inyectados directamente en el ojo, (https://www.nature.com/articles/d41586-020-00655-8) los investigadores declararon en el comunicado de prensa que “La herramienta de edición de genes permanece en el ojo y no viaja a otras partes del cuerpo, por lo que "si algo sale mal, la posibilidad de daño es muy pequeña", dijo. "Es un buen primer paso para realizar la edición de genes en el cuerpo".
La razón por la que pueden hacer esto en el ojo es que pueden extirpar el ojo, si ocurre algo malo / peligroso (es decir, mutaciones adicionales que conducen al cáncer). El ojo también está inmunoprivilegiado, lo que significa que hay muy poca reacción inmunitaria en el ojo. En otras partes del cuerpo, el sistema inmunológico reaccionará a la proteína CRISPR, que es otro obstáculo enorme que CRISPR debe superar antes de que se utilice como terapia en humanos. Las células sanguíneas se CRISPR fácilmente porque pueden eliminarse, editarse mediante una breve exposición CRISPR y luego confirmarse para la edición prevista y la ausencia de mutación peligrosa. Las células correctamente alteradas se pueden expandir para producir más y reemplazarse en un ser humano. Esto se denomina edición ex vivo y no se puede realizar para las neuronas. Las células cerebrales no se pueden eliminar del cuerpo, expandir y reemplazar.
Finalmente, una científica publicó recientemente su trabajo en la entrega de CRISPR al cerebro de ratones con síndrome del X frágil utilizando nanopartículas (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6544395/). Utilizaron CRISPR para mutar el gen que codifica mGluR5, que se ha demostrado que ayuda con el síndrome del X frágil en modelos de ratón del trastorno. Aunque demostraron que podían usar CRISPR para mutar un solo gen en el cerebro, usaron el corte sucio / peligroso seguido del proceso de reparación propenso a errores para hacer esto. No miraron qué más estaba mutado y no siguieron a los ratones para ver las consecuencias a largo plazo.
Es importante destacar que no cambiaron el problema genético que causó el X frágil, sino más bien un objetivo posterior que puede tener otras consecuencias no deseadas. Esta diana, mGluR5, también se puede inhibir de manera eficiente utilizando medicamentos tradicionales de moléculas pequeñas, y hay ensayos clínicos en curso para probar estos medicamentos en humanos. No parece prudente usar un CRISPR permanente y peligroso para lograr un objetivo simple que no es curativo: es como usar un mazo para realizar una delicada cirugía cerebral. Claro, es posible que el paciente no tenga el problema cerebral que tenía antes, pero ahora hay muchos otros problemas potenciales y usted ni siquiera solucionó el problema principal.
La Alianza Dup15q se dedica a respaldar la evaluación de las tecnologías de terapia génica existentes y a impulsar el desarrollo de nuevas tecnologías. Estamos increíblemente orgullosos de que este sea el propósito principal de nuestra subvención CZI recientemente otorgada que se enfoca en variantes complejas de números de copias como dup15q, donde muchos genes se ven afectados.
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1/30/2018
CRISPR es una tecnología emocionante que ya ha revolucionado la ciencia de laboratorio y probablemente revolucionará la medicina en el futuro. Los enfoques basados en CRISPR se pueden dividir en dos temas principales: edición del genoma, que cambia los pares de bases de ADN reales en el genoma de una célula y alteración de la expresión génica, que cambia la cantidad de un gen o proteína que se produce, pero no cambia la secuencia del ADN en sí.
En el laboratorio, estamos utilizando la versión de edición del genoma de CRISPR para mutar genes individuales, eliminar una copia completa de la región 15q11-q13 o eliminar el cromosoma isodicéntrico en líneas de células madre pluripotentes inducidas por Dup15q. Estas son herramientas de laboratorio fabulosas, pero la tecnología no es lo suficientemente eficiente o segura como para usarla como un enfoque terapéutico por el momento.
También estamos usando la otra versión de CRISPR para activar o reprimir genes específicamente. En esta versión, la proteína Cas9, que generalmente corta el ADN, se cambia para que no pueda cortar el ADN. Sin embargo, esta proteína aún puede dirigirse a un lugar específico del genoma. Los grupos han adjuntado diferentes cargas a esta proteína para activar genes silenciosos o silenciosos o para amortiguar genes altamente expresados (ruidosos). Hemos estado desarrollando este enfoque para aumentar o disminuir el UBE3A en nuestras líneas de células madre pluripotentes inducidas. Aún no hemos aplicado esto a las celdas Dup15q, pero si funciona bien, buscaremos hacerlo en el futuro.
Los enfoques terapéuticos que utilizan CRISPR todavía son una salida en el futuro. Si bien algunos grupos los han usado terapéuticamente, hasta ahora esto se ha limitado a las células sanguíneas, donde pueden sacar una célula, usar CRISPR en un plato y luego devolver la célula al paciente. Esto no es realmente factible para los trastornos que afectan al sistema nervioso central. Para enfoques terapéuticos, los componentes CRISPR deberán administrarse utilizando un virus, como AAV. Los laboratorios están trabajando en esto, pero la maquinaria CRISPR es demasiado grande para los enfoques actuales. También existen preocupaciones sobre los efectos fuera del objetivo — CRISPR puede editar el ADN en lugares donde no se supone que debe hacerlo — lo que puede aumentar el riesgo de cáncer y otros problemas. Finalmente, algunos se preocupan por editar accidentalmente la línea germinal (óvulos y espermatozoides), lo que podría provocar cambios no deseados en las generaciones futuras. Este es un importante dilema ético al que se enfrenta la terapéutica CRISPR.
No obstante, se continuará avanzando en el desarrollo de terapias utilizando ambos tipos de enfoques CRISPR. Es probable que tarden más en desarrollarse y examinarse que algunos otros enfoques terapéuticos prometedores. Por ejemplo, los oligonucleótidos antisentido (ASO) y los ARN en horquilla corta (shRNA) pueden usarse actualmente para alterar la expresión génica de una manera dirigida y reversible. Ambos tipos de enfoques ya se utilizan en la clínica para otros trastornos. Si sabemos en qué gen enfocarnos, estos podrían ser enfoques más prometedores para el síndrome Dup15q.