Nuevo método de edición del genoma más poderoso
Los científicos pueden ahora editar múltiples fragmentos del genoma a la vez
Los científicos de Toronto pueden ahora editar múltiples sitios en el genoma al mismo tiempo para aprender cómo los diferentes estiramientos del ADN cooperan en la salud y la enfermedad.
Los científicos de Toronto han desarrollado un método de edición del genoma más poderoso para permitir la edición de múltiples genes a la vez.
Ernesto del Aguila III, National Human Genome Research Institute, NIH
La edición de ADN basada en el CRISPR ha revolucionado el estudio del genoma humano al permitir la eliminación precisa de cualquier gen humano para obtener información sobre su función. Pero una característica seguía siendo un desafío: la capacidad de eliminar simultáneamente múltiples genes o fragmentos de genes en la misma célula. Sin embargo, este tipo de cirugía del genoma es clave para que los científicos comprendan cómo funcionan juntas las diferentes partes del genoma en los contextos tanto de la fisiología normal como de la enfermedad.
Ahora tal herramienta existe gracias a los equipos de Benjamin Blencowe y Jason Moffat, ambos profesores de genética molecular en el Centro Donnelly de Investigación Celular y Biomolecular. Apodado 'CHyMErA', por Cas Hybrid for Multiplexed Editing and Screening Applications, el método puede aplicarse a cualquier tipo de célula de mamífero para atacar sistemáticamente el ADN en múltiples posiciones al mismo tiempo, como se describe en un estudio publicado en la revista Nature Biotechnology.
A menudo descrito como tijeras para genomas, CRISPR trabaja enviando una enzima cortadora de ADN a los sitios deseados en el genoma a través de moléculas de ARN guía, diseñadas para adherirse al sitio objetivo. La enzima cortadora de ADN más utilizada es la Cas9.
Desde que el Cas9 salió a la luz por primera vez, los científicos han identificado otras enzimas Cas con propiedades distintivas que buscan mejorar y ampliar las aplicaciones de la tecnología. A diferencia de la tecnología CRISPR-Cas9, la CHyMErA combina dos enzimas cortadoras de ADN diferentes, la Cas9 y la Cas12a, para permitir aplicaciones más versátiles. Cas12a es una enzima que puede utilizarse para generar múltiples moléculas de ARN guía en la misma célula, lo que es clave para la edición simultánea del ADN.
Thomas Gonatopoulos-Pournatzis, investigador asociado del grupo de Blencowe, había pasado varios años tratando de desarrollar la edición de genes combinatorios probando las enzimas Cas9 y Cas12a por su cuenta. Luego tuvo la idea de combinar estas enzimas para generar el sistema CHyMErA.
"Hemos estado probando varios enfoques para inducir la eliminación de fragmentos genéticos y nada funcionó tan bien como el CHyMErA", dice. "Me emocioné cuando junto con Shaghayegh Farhangmehr, un estudiante de doctorado en el laboratorio de Blencowe, vimos la primera evidencia de que el CHyMErA era exitoso en la eliminación de segmentos de genes. Obtuvimos estos resultados el Día de San Esteban y fue el mejor regalo de Navidad que pude haber deseado".
El siguiente paso era aprovechar el CHyMErA en las cribas a gran escala para analizar sistemáticamente cómo actúan juntos los genes, así como las funciones de las partes individuales de los genes. El equipo de Blencowe, que estudia la regulación y la función de los segmentos de genes conocidos como exones, se acercó a Moffat, cuyo grupo había desarrollado una amplia experiencia con la tecnología CRISPR.
"Con el CHyMErA, se puede utilizar lo mejor de las dos enzimas", dice Michael Aregger, investigador asociado en el laboratorio de Moffat, que desempeñó un papel clave en el desarrollo de las aplicaciones del CHyMErA en la pantalla. "Cas9 ha sido mejorado por la comunidad para tener una eficiencia de edición muy alta, mientras que Cas12a permite la multiplexación de los ARN de guía y por lo tanto proporciona mucha más flexibilidad en la búsqueda de sitios en el genoma que podemos cortar".
En una aplicación de la CHyMErA, los investigadores apuntaron a pares de genes conocidos como paralógicos, que tienen un código de ADN similar pero que siguen siendo poco estudiados porque eran difíciles de investigar. Dado que los paralógicos surgieron por duplicación de un gen ancestral, se había asumido que tendrían en gran medida funciones similares. Pero su función no podía ser revelada por los actuales métodos de selección de un solo gen que se emplean habitualmente en las pruebas genéticas, sobre todo porque el otro paralógico compensaría el que falta.
"Con el CHyMErA, podemos eliminar ambos paralizantes en parejas para ver si esa función ancestral es importante para que la célula sobreviva", dice Kevin Brown, investigador asociado principal en el laboratorio de Moffat y coautor del estudio junto con Aregger y Gonatopoulos-Pournatzis. "Ahora somos capaces de interrogar una clase de genes que antes no se conocían".
Después de eliminar ~700 pares de paralogs, casi todos los que existen en el genoma humano, el análisis confirmó que muchos de estos pares de genes realizan efectivamente funciones similares en la supervivencia celular, mientras que otros tienen funciones distintas.
Otra característica del CHyMErA es que tanto la Cas9 como la Cas12a pueden ser desplegadas en sitios cercanos del genoma para cortar fragmentos de genes como exones. Esto permitió al equipo eliminar individualmente miles de exones que han sido vinculados al cáncer y a la función cerebral, pero que no eran susceptibles de ser atacados sólo con Cas9. Los exones están variablemente incluidos en las transcripciones de los genes y pueden modificar la función de las proteínas codificadas, aunque la forma en que los exones individuales contribuyen a los procesos celulares sigue siendo en gran medida desconocida. De los 2.000 exones analizados por el CHyMErA, más de 100 fueron encontrados como críticos para la supervivencia de la célula, permitiendo que la investigación futura se centre ahora en arrojar luz sobre sus papeles potenciales en la enfermedad.
"Una vez que identifiquemos los exones que tienen un papel crítico en la enfermedad, podemos usar esta información para desarrollar nuevas terapias", dice Gonatopoulos-Pournatzis.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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