Investigadores del Broad Institute del MIT y Harvard han desarrollado una nueva versión de la edición Prime que puede insertar o intercambiar secuencias de ADN del tamaño de un gen. Desarrollada por primera vez en 2019, la edición Prime es un método preciso para realizar una amplia diversidad de ediciones de genes en células humanas, incluidas pequeñas sustituciones, inserciones y borrados. En un estudio publicado hoy en Nature Biotechnology, el equipo describe la edición Twin Prime (twinPE), una técnica que realiza dos ediciones primarias adyacentes para introducir secuencias más grandes de ADN en ubicaciones específicas del genoma con pocos subproductos no deseados.
Con un mayor desarrollo, la tecnología podría potencialmente usarse como una nueva forma de terapia génica para insertar genes terapéuticos de una manera segura y altamente dirigida para reemplazar genes mutados o faltantes.
Los investigadores demostraron el potencial terapéutico de twinPE editando, en células humanas, un gen relacionado con el síndrome de Hunter, un trastorno genético poco común. Esta enfermedad es causada por una inversión de un tramo largo específico de 40.000 pares de bases de ADN. El equipo usó twinPE para introducir una inversión de una longitud similar en el mismo sitio del genoma, mostrando cómo el método podría usarse para corregir la mutación que causa la enfermedad. El equipo también utilizó PE gemela para insertar con precisión una carga de ADN del tamaño de un gen de miles de pares de bases en sitios terapéuticamente relevantes del genoma.
El enfoque aborda una limitación del sistema de edición Prime original, que sólo puede editar varias docenas de pares de bases. Sin embargo, el estudio o tratamiento de algunas enfermedades genéticas podría requerir modificaciones más amplias. Al igual que el método de edición Prime original, twinPE tampoco corta completamente la doble hélice del ADN cortando ambas hebras simultáneamente en la misma ubicación, lo que puede inducir resultados de edición mal controlados y anomalías cromosómicas dañinas.
«Insertar un gen sano en un paciente en un sitio de nuestra elección sin generar roturas de doble hebra y mezclas de subproductos ha sido uno de los desafíos de largo tiempo en la edición de genes«, comenta David Liu, autor principal del estudio, director del Merkin Institute of Transformative Technologies in Healthcare en el Broad Institute, profesor de la Universidad de Harvard e investigador del Howard Hughes Medical Institute.
«TwinPE podría ser una forma potencialmente más segura y precisa de insertar genes completos de interés terapéutico en posiciones que especifiquemos, como la ubicación del gen nativo en individuos sanos o sitios de ‘puerto seguro’ que se cree minimizan el riesgo de efectos secundarios”.
La edición Prime, desarrollada por el laboratorio de Liu, permite sustituciones, inserciones y eliminaciones de ADN, y promete corregir la mayoría de las variaciones genéticas conocidas que causan enfermedades. Las recientes mejoras de la tecnología de edición Prime aumentaron su eficiencia, acercándola a las aplicaciones terapéuticas. Pero la edición de secuencias de más de 100 pares de bases siguió siendo ineficaz.
La edición Twin Prime llena este vacío. El sistema utiliza una proteína de edición Prime y dos ARN de guía de edición Prime, que guían la maquinaria de edición y codifican las ediciones. Cada uno de los dos ARN guía dirige la proteína de edición para que haga una muesca de una sola hebra en el ADN en diferentes sitios específicos del genoma, evitando el tipo de rotura de la doble hebra que crea subproductos no deseados en otros métodos. Luego, el sistema sintetiza dos nuevas hebras de ADN complementarias que contienen la secuencia deseada entre las dos muescas. Con este enfoque, el equipo pudo insertar, sustituir o eliminar secuencias de hasta aproximadamente 800 pares de bases de largo.
Para editar secuencias aún más grandes, los investigadores utilizaron su sistema de edición Twin Prime para insertar «sitios de aterrizaje» en el genoma de enzimas llamadas recombinasas específicas de sitio, que catalizan la integración del ADN en sitios específicos del genoma. Luego, el equipo trató las células con una enzima recombinasa e introdujo los trozos largos de ADN que querían insertar en el genoma. La combinación de las enzimas twinPE y recombinasa permitió a los científicos editar secuencias de miles de pares de bases, la longitud de genes enteros.
Liu y su equipo ahora están probando diferentes recombinasas que podrían hacer que twinPE sea más eficiente. También están evaluando la capacidad de twinPE para insertar secuencias genéticas aún más largas.
«Ha sido una aspiración de muchos laboratorios, incluido el nuestro, poder hacer avanzar la terapia génica en la forma en que los científicos han avanzado la edición de genes durante los últimos años«, afirma Liu. «Este estudio, junto con otros esfuerzos de otros científicos, podría marcar el comienzo de una nueva generación de estrategias de terapia génica, al igual que las nucleasas CRISPR, los editores de base y los editores Prime representaron los comienzos de una nueva generación de tecnologías de edición de genes«.
Fuente: Nature Biotechnology.
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