Muitas doenças genéticas são causadas por diversas mutações espalhadas por um gene inteiro, e projetar abordagens de edição do genoma para cada mutação do paciente seria impraticável e caro.
Investigadores do Massachusetts General Hospital (MGH) desenvolveram recentemente um método otimizado que melhora a precisão da inserção de grandes segmentos de DNA em um genoma.
Essa abordagem pode ser usada para inserir um gene de substituição normal ou de “tipo selvagem” completo, que pode atuar como uma terapia geral para uma doença, independentemente da mutação específica de um paciente.
O trabalho envolve a otimização de uma nova classe de tecnologias chamadas transposases associadas a CRISPR (CASTs), que são ferramentas promissoras para grandes inserções de DNA que podem ser facilmente direcionadas a um local genômico desejado por meio de um RNA guia reprogramável.
No entanto, em seu estado natural, os CASTs têm propriedades indesejáveis para aplicações de edição de genoma – ou seja, pureza de produto abaixo do ideal (com que frequência apenas a sequência de DNA pretendida é inserida no genoma) e uma taxa relativamente alta de integração indesejada fora do alvo em locais não intencionais no genoma.
Em suas pesquisas publicadas em Natureza Biotecnologiauma equipe liderada pelo primeiro autor Connor Tou, estudante de pós-graduação no MIT e MGH, e pelo autor sênior Ben Kleinstiver, PhD, pesquisador assistente no Centro de Medicina Genômica do MGH e professor assistente na Harvard Medical School, abordou essas deficiências ao usando abordagens de engenharia de proteínas para modificar as propriedades dos sistemas CAST.
Eles descobriram que a adição de uma certa enzima chamada nicking homing endonuclease aos CASTs resultou em um aumento dramático na pureza do produto em direção à inserção pretendida.
A otimização adicional da estrutura dos CASTs levou a inserções de DNA com alta eficiência de integração em alvos genômicos pretendidos com inserções bastante reduzidas em locais indesejados fora dos alvos.
Os pesquisadores chamaram o sistema novo e aprimorado de “HELIX”, que é a abreviação de Homing Endonuclease-assisted Large-sequence Integrating CAST-compleX.
“Demonstramos uma abordagem generalizável que pode ser usada para modificar uma variedade de sistemas CAST em versões mais seguras e eficazes, com alta pureza do produto e especificidade em todo o genoma”, diz Tou.
“Combinando nossas percepções, criamos sistemas HELIX com mais de 96% de especificidade de integração no alvo – aumento de aproximadamente 50% para o sistema CAST de tipo selvagem que ocorre naturalmente. Também determinamos que HELIX mantém suas propriedades vantajosas em células humanas. “
Kleinstiver observa que a tecnologia pode ter aplicações além da capacidade de restaurar genes saudáveis normais para indivíduos com mutações causadoras de doenças.
“Além disso, a integração de DNA programável pode facilitar os esforços de engenharia celular, onde a instalação de grandes sequências genéticas em locais-alvo pode dotar as células de novos recursos, evitando problemas de segurança, eficácia e fabricação resultantes de abordagens tradicionais de integração aleatória”, diz ele.
O estudo também é co-autoria de Benno Orr.
Este trabalho foi financiado pela National Science Foundation e MGH.
Com informações de Science Daily.
