por Shelly Fan
CRISPR es revolucionario. También es brutal.
La versión clásica del niño prodigio de la edición de genes literalmente corta un gen en pedazos solo para apagarlo. Es efectivo, sí. Pero es como pasar un cable eléctrico por una trituradora de papel para apagar una bombilla que no funciona bien. Una vez que se cortan los cables, no hay vuelta atrás.
¿Por qué no agregar un interruptor de luz en su lugar?
Este mes, un equipo de la Universidad de California, San Francisco (UCSF) reinventó CRISPR para hacer precisamente eso. En lugar de actuar directamente sobre los genes, cortando o intercambiando letras genéticas irrevocablemente, la nueva variante CRISPR se dirige a la maquinaria biológica que activa o desactiva los genes de forma natural.
¿Traducción? CRISPR ahora puede “activar un interruptor de luz” para controlar los genes, sin siquiera tocarlos directamente. Se pone mejor. La nueva herramienta, CRISPRoff, puede hacer que un gen permanezca en silencio durante cientos de generaciones, incluso cuando sus células huésped se transforman de células madre en células más maduras, como las neuronas. Una vez que los genes de la “bella durmiente” están listos para despertar, una herramienta complementaria, CRISPRon, vuelve a encender el interruptor de la luz.
Esta nueva tecnología “cambia el juego, así que ahora básicamente estás escribiendo un cambio [en genes] que se transmite”, dijo el autor Dr. Luke Gilbert. “De alguna manera, podemos aprender a crear una versión 2.0 de CRISPR-Cas9 que sea más segura e igual de efectiva”.
Estás bromeando. ¿Cómo?
El quid es algo llamado epigenética. Es un sistema completo de sustancias químicas y proteínas que controla si un gen está activado o desactivado.
Si eso suena confuso, comencemos con el aspecto real de los genes dentro de una célula y cómo se activan. Al “encender”, me refiero a que los genes se convierten en proteínas, lo que construye nuestra forma física, controla nuestro metabolismo y nos hace funcionar como seres humanos vivos y que respiran.
Los genes están incrustados dentro de cadenas de ADN que se envuelven con mucha fuerza alrededor de una proteína central, algo así como espárragos envueltos en tocino. Para que los genes se activen, el primer paso es que necesitan un montón de proteínas para arrancar suavemente la cadena de ADN de los “espárragos”, de modo que los genes ahora floten libremente dentro de su cápsula espacial celular, llamada núcleo.
Una vez que ese trozo de ADN de tocino está libre, más proteínas se apresuran a agarrarse al gen. Luego, bajarán los nucleótidos del gen (A, T, C y G) como una cortadora de césped. Sin embargo, en lugar de mantillo, esta “máquina” biológica arroja un mensajero que le dice a la célula que comience a producir proteínas: ARNm. (Sí, lo mismo que fabrica algunas de nuestras vacunas Covid-19 ). El ARNm dirige la fábrica de proteínas de nuestras células para que comience la producción, y voilà, ¡ese gen ahora está encendido!
Cualquier cosa que interrumpa este proceso debilita la capacidad del gen para convertirse en proteínas, esencialmente apagándolo. Es enormemente poderoso, porque una sola máquina epigenética puede controlar cientos o miles de genes. Es un interruptor de luz maestro para el genoma.
El escritor de memoria genética
El equipo comenzó con un sistema CRISPR que tiene un Cas9 castrado. Esto significa que la proteína que normalmente participa en el corte de un gen, Cas9, ya no puede cortar el ADN, incluso cuando está atada al lugar correcto por el otro componente, el ARN guía “sabueso”. Luego agregaron una proteína que está involucrada en la desactivación de genes para esta versión de CRISPR.
Aquí está la parte inteligente: la proteína está diseñada para secuestrar un proceso epigenético natural para apagar los genes. Los genes a menudo se desactivan mediante un proceso natural llamado “metilación”. Normalmente, el proceso es transitorio y reversible en un gen. CRISPRoff controla este proceso y, a su vez, apaga cualquier gen objetivo, pero durante un período de tiempo mucho más largo, sin desgarrar físicamente el gen.
Gracias al poder de “mejora” de la epigenética, CRISPRoff permite a los investigadores ir a lo grande. En un experimento dirigido a más de 20.000 genes dentro de células renales humanas inmortalizadas con CRISPRoff, el equipo pudo apagar esos genes de manera confiable.
No satisfecho con una calle de un solo sentido, el equipo diseñó a continuación una variante CRISPR similar, con una proteína diferente relacionada con la epigenética, denominada CRISPRon. En las células dentro de las placas de Petri, CRISPRon pudo anular CRISPRoff y, a su vez, reactivar los genes.
“Ahora tenemos una herramienta simple que puede silenciar la gran mayoría de genes”, dijo el autor del estudio, el Dr. Jonathan Weissman. “Podemos hacer esto para múltiples genes al mismo tiempo sin ningún daño en el ADN … y de una manera que se puede revertir”.
Ir a la distancia
Aún más loco, el interruptor de apagado duró generaciones. Cuando el equipo desactivó un gen relacionado con el sistema inmunológico, persistió durante 15 meses, después de unas 450 generaciones celulares.
Las ediciones también duraron a través de una transformación fundamental, es decir, el viaje de una célula de una célula madre pluripotente inducida (iPSC) a una neurona. Las iPSC a menudo comienzan como células de la piel y se rejuvenecen en células madre a través de un baño químico, cuando luego realizan un segundo viaje para convertirse en neuronas. Este proceso a menudo borra los cambios epigenéticos. Pero para sorpresa de los autores, la influencia de CRISPRoff se mantuvo a través de las transformaciones. En un experimento, el equipo descubrió que apagar un gen relacionado con la enfermedad de Alzheimer en las iPSC también reducía la cantidad de proteínas tóxicas codificadas posteriormente en las neuronas resultantes.
“Lo que demostramos es que esta es una estrategia viable para silenciar a Tau y evitar que esa proteína se exprese”, dijo Weissman, destacando solo una forma en que CRISPRoff, y el control del epigenoma en general, puede alterar la medicina.
CRISPR 2.0
Esta no es la primera vez que alguien intenta apuntar al epigenoma con CRISPR. El mismo equipo experimentó anteriormente con otro conjunto de variantes de CRISPR que intentaron lo mismo. La diferencia entre los dos es el tiempo y la estabilidad. Con la configuración anterior, los científicos lucharon por mantener el “interruptor de luz” apagado durante una sola generación. El nuevo no tiene problemas para mantener los cambios a través de múltiples divisiones y transformaciones en el genoma.
Una herramienta CRISPR confiable para la epigenética es increíblemente poderosa. Aunque tenemos medicamentos que funcionan de manera similar, son mucho menos precisos y tienen una dosis de efectos secundarios. Sin embargo, por ahora, CRISPRoff y CRISPRon solo funcionan en células en placas de Petri, y el siguiente paso hacia la supremacía genómica sería garantizar que funcionen en los seres vivos.
Si ese es el caso, podría cambiar la edición genética para siempre. Desde la reprogramación de circuitos biológicos en biología sintética hasta el secuestro o reversión de circuitos para prevenir enfermedades, la reprogramación epigenética ofrece una manera de hacerlo todo sin tocar un gen, evitando la amenaza de mutaciones, al tiempo que produce efectos duraderos a través de generaciones.
“Creo que nuestra herramienta realmente nos permite comenzar a estudiar el mecanismo de heredabilidad, especialmente la heredabilidad epigenética, que es una gran pregunta en las ciencias biomédicas”, dijo el autor del estudio, el Dr. James Nuñez.
Imagen: nobeastsofierce / Shutterstock.com
Fuente: https://singularityhub.com/2021/04/27/a-new-crispr-tool-flips-genes-on-and-off-like-a-light-switch/
