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Edición del epigenoma: Una nueva herramienta CRISPR modifica etiquetas químicas en el genoma que funcionan para silenciar la expresión de los genes durante meses, incluso mientras las células se dividen y diferencian. / Cortesía de Keith Chambers / Sience Photo Library
POR CHLOE WILLIAMS
Fuente: Autism Spectrum | 11/06/2021
Fotografía: Cortesía de Keith Chambers / Sience Photo Library
Un nuevo giro en la clásica herramienta de edición genética CRISPR puede alterar las etiquetas químicas del genoma y suprimir la expresión de los genes durante meses.
Un nuevo giro en la clásica herramienta de edición genética CRISPR puede alterar las etiquetas químicas del genoma y suprimir la expresión de los genes durante meses. Los investigadores podrían utilizar este método para ajustar la actividad de los genes relacionados con el autismo.
Los sistemas CRISPR suelen utilizar una enzima llamada Cas9 para cortar secuencias de ADN objetivo y eliminarlas o sustituirlas. Sin embargo, el uso de CRISPR para editar genes tiene sus riesgos: La herramienta puede generar cambios indeseados y permanentes en el ADN y provocar la muerte de las células.
En lugar de manipular el ADN directamente, los investigadores pueden activar o desactivar genes alterando el epigenoma, un conjunto de modificaciones químicas en el genoma que controlan la expresión. Pero este enfoque suele requerir que las células expresen una proteína extraña durante el tiempo que los investigadores quieran suprimir o potenciar la expresión de un gen, con lo que se corre el riesgo de desencadenar una reacción inmunitaria.
Con el nuevo enfoque, los investigadores pueden alterar de forma duradera la expresión de los genes tras exponer brevemente las células a un editor epigenético llamado CRISPRoff. La técnica, descrita en abril en Cell, reduce el tiempo de exposición de las células a proteínas extrañas. Para revertir los cambios, el equipo construyó otra herramienta, llamada CRISPRon, que elimina los grupos metilo del ADN en sitios específicos.
"Podemos hacer lo mismo que CRISPR en el sentido de que podemos desactivar genes de forma permanente, pero podemos hacerlo sin necesidad de hacer mutaciones en el genoma", dice Luke Gilbert, profesor adjunto de urología de la Universidad de California en San Francisco, que codirigió el trabajo.
Gilbert y sus colegas crearon CRISPRoff utilizando una versión inactivada de la proteína Cas9, que ya no corta el ADN, pero que aún puede ser guiada a un sitio objetivo por medio de cadenas de ARN. A continuación, fusionaron Cas9 con dos clases diferentes de proteínas: Una modifica las marcas de las proteínas llamadas histonas, alrededor de las cuales se enrolla el ADN, y la otra añade al ADN unas etiquetas químicas conocidas como grupos metilo. Ambos cambios silencian la expresión génica.
Para probar el sistema, el equipo introdujo el complejo proteico junto con segmentos de ARN dirigidos a varios genes en células humanas cultivadas. En un experimento, se dirigieron a unos pocos genes seleccionados, midieron los niveles de expresión génica y registraron los patrones de metilación del ADN para buscar cualquier efecto no deseado. En otro experimento, el equipo utilizó CRISPRoff para silenciar genes en células madre y luego las convirtió en neuronas.
Silenciamiento constante
CRISPRoff silenció la expresión de los genes objetivo en la gran mayoría de las células durante al menos 50 días, aunque el propio complejo proteico desapareció al cabo de 10 días, informaron los investigadores. En algunos lotes de células, el gen objetivo permaneció en silencio durante 450 divisiones celulares, es decir, 15 meses. Y las células madre mantuvieron los cambios en la expresión del gen cuando las células se diferenciaron en neuronas.
Los investigadores también informaron de que la herramienta es muy específica. CRISPRoff redujo la actividad de los genes seleccionados sin alterar significativamente los niveles de expresión de los genes vecinos. Con CRISPRon, los investigadores pudieron reactivar la expresión en más del 70% de las células.
El equipo evaluó además la capacidad de CRISPRoff para silenciar una serie de genes. Introdujeron segmentos de ARN dirigidos a más de 20.000 genes en un grupo de células, y cada célula llevaba un par de ARN dirigidos al mismo gen. Dado que los ARN se convierten en ADN y se integran en el genoma de la célula, los investigadores dejaron crecer las células y secuenciaron su ADN para medir la abundancia de conjuntos específicos de ARN.
Los ARN dirigidos a genes que se sabe que son esenciales para la proliferación celular se habían reducido, lo que demostraba que CRISPRoff había sido eficaz. El resultado sugiere que CRISPRoff puede silenciar la mayoría de los genes del genoma, dicen los investigadores.
El equipo también fue capaz de silenciar genes que carecen de regiones conocidas como islas CpG, que hasta ahora se consideraban fundamentales para regular los genes mediante la metilación. Los resultados sugieren que estos genes son tan controlables como los genes con islas CpG, sin embargo, dice Gilbert.
Los investigadores podrían utilizar CRISPRoff y CRISPRon para explorar cómo el epigenoma afecta a la actividad de los genes y el papel que desempeña en enfermedades como el autismo, dicen los investigadores. En última instancia, las herramientas podrían utilizarse para desarrollar terapias que regulen la expresión génica.
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