SCTD, 13/06/2024
A técnica de edição genética emprega editores prime juntamente com enzimas avançadas conhecidas como recombinases. Este método tem o potencial de levar a terapias genéticas universais eficazes para condições como fibrose cística.
Pesquisadores do Broad Institute do MIT e Harvard aprimoraram uma tecnologia de edição genética, que agora pode inserir ou substituir genes inteiros nos genomas de células humanas de forma eficiente, potencialmente tornando-a adequada para usos terapêuticos.
O avanço, proveniente do laboratório do membro principal do instituto Broad, David Liu, pode um dia ajudar pesquisadores a desenvolver uma única terapia genética para doenças como fibrose cística, causadas por uma de centenas ou milhares de mutações diferentes em um gene. Usando essa nova abordagem, eles inseririam uma cópia saudável do gene em sua localização nativa no genoma, em vez de criar uma terapia genética diferente para corrigir cada mutação usando outras abordagens de edição genética que fazem edições menores.
O novo método usa uma combinação de edição prime, que pode fazer diretamente uma ampla gama de edições de até cerca de 100 ou 200 pares de bases, e enzimas recombinase recém-desenvolvidas que inserem de forma eficiente grandes pedaços de DNA com milhares de pares de bases em locais específicos no genoma. Este sistema, chamado eePASSIGE, pode fazer edições do tamanho de genes várias vezes mais eficientemente do que outros métodos similares, e é relatado na Nature Biomedical Engineering.
"Tanto quanto sabemos, este é um dos primeiros exemplos de integração de genes alvo programável em células de mamíferos que satisfaz os principais critérios para relevância terapêutica potencial", disse Liu, que é o autor sênior do estudo, Professor Richard Merkin e diretor do Instituto Merkin de Tecnologias Transformativas em Saúde no Broad, professor na Universidade de Harvard e investigador do Instituto Médico Howard Hughes. "Com essas eficiências, esperamos que muitas, se não a maioria, das doenças genéticas de perda de função possam ser melhoradas ou resgatadas, se a eficiência que observamos em células humanas cultivadas puder ser traduzida em um ambiente clínico."
A estudante de pós-graduação Smriti Pandey e o pesquisador pós-doutorado Daniel Gao, ambos do grupo de Liu, foram co-primeiros autores do estudo, que também foi uma colaboração com o grupo de Mark Osborn na Universidade de Minnesota e o grupo de Elliot Chaikof no Centro Médico Beth Israel Deaconess.
"Este sistema oferece oportunidades promissoras para terapias celulares onde pode ser usado para inserir genes precisamente em células fora do corpo, antes de administrá-las aos pacientes para tratar doenças, entre outras aplicações", disse Pandey.
"É emocionante ver a alta eficiência e versatilidade do eePASSIGE, que poderia permitir uma nova categoria de medicamentos genômicos", acrescentou Gao. "Também esperamos que seja uma ferramenta que cientistas de toda a comunidade de pesquisa possam usar para estudar questões biológicas básicas."
Melhorias Prime
Muitos cientistas usaram a edição prime para instalar de forma eficiente mudanças no DNA de até dezenas de pares de bases em comprimento, suficiente para corrigir a vasta maioria das mutações patogênicas conhecidas. Mas introduzir genes inteiros e saudáveis, muitas vezes com milhares de pares de bases, em sua localização nativa no genoma tem sido uma meta de longa data do campo da edição genética. Isso não só poderia potencialmente tratar muitos pacientes, independentemente da mutação que eles têm em um gene causador de doenças, mas também preservaria as sequências de DNA circundantes, o que aumentaria a probabilidade de que o gene recém-instalado seja devidamente regulado, em vez de ser expresso demais, muito pouco ou no momento errado.
Em 2021, o laboratório de Liu relatou um passo importante em direção a esse objetivo e desenvolveu uma abordagem de edição prime chamada twinPE que instalava "locais de aterrissagem" recombinase no genoma, e então usava enzimas recombinase naturais como Bxb1 para catalisar a inserção de novo DNA nos locais alvo editados pelo prime.
A empresa de biotecnologia Prime Medicine, co-fundada por Liu, logo começou a usar essa tecnologia, que eles chamaram de PASSIGE (prime-editing-assisted site-specific integrase gene editing), para desenvolver tratamentos para doenças genéticas.
O PASSIGE instala edições em apenas uma fração modesta das células, o que é suficiente para tratar algumas, mas provavelmente não a maioria das doenças genéticas que resultam da perda de um gene funcional. Então, a equipe de Liu, no novo trabalho relatado hoje, decidiu aumentar a eficiência de edição do PASSIGE. Eles descobriram que a enzima recombinase Bxb1 era a culpada por limitar a eficiência do PASSIGE. Eles então usaram uma ferramenta previamente desenvolvida pelo grupo de Liu chamada PACE (evolução contínua assistida por fagos) para evoluir rapidamente versões mais eficientes de Bxb1 no laboratório.
A variante Bxb1 recém-evoluída e engenheirada resultante (eeBxb1) melhorou o método eePASSIGE para integrar em média 30 por cento da carga do tamanho de gene em células de camundongos e humanas, quatro vezes mais do que a técnica original e cerca de 16 vezes mais do que outro método recentemente publicado chamado PASTE.
"O sistema eePASSIGE fornece uma base promissora para estudos que integram cópias saudáveis de genes em locais de nossa escolha em modelos celulares e animais de doenças genéticas para tratar distúrbios de perda de função", disse Liu. "Esperamos que este sistema seja um passo importante em direção à realização dos benefícios da integração direcionada de genes para os pacientes."
Com esse objetivo em mente, a equipe de Liu agora está trabalhando para combinar o eePASSIGE com sistemas de entrega, como partículas semelhantes a vírus engenheiradas (eVLPs), que podem superar obstáculos que tradicionalmente limitam a entrega terapêutica de editores de genes no corpo.
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