La edición genética permite modificar el ADN de las células. Ahora, insertar un gen en una localización concreta del genoma de células de organismos vivos es una realidad, según el estudio de los investigadores del Instituto Salk. En la foto, neuronas de ratón modificadas genéticamente marcadas en verde y los núcleos de todas las células del cerebro teñidos de azul. [Instituto Salk]
La edición de zonas concretas del genoma es una de las herramientas de la investigación biomédica con mayor aplicación en el campo de la medicina clínica. Sin embargo, los pobres resultados obtenidos durante los últimos años en células adultas que no se dividen, como las del ojo, el cerebro, el corazón o el páncreas, constituyen una barrera para el desarrollo de terapias. Ahora, científicos del Instituto Salk de Estudios Biológicos, en California, en colaboración con investigadores del Hospital Clínico de Barcelona-IDIBAPS (Instituto de Investigaciones Biomédicas August Pi i Sunyer) y de la Universidad Católica San Antonio, en Murcia, entre otros, han conseguido desarrollar un método eficaz para modificar estas células, según un estudio publicado recientemente en la revista Nature.
Este hecho constituye una novedad, ya que hasta ahora las técnicas usadas para editar el ADN, como el sistema CRISPR-Cas9, solo han mostrado eficacia en células en división, como las presentes en la piel y el intestino. Con el fin de lograr su objetivo, los investigadores han usado la vía de unión de extremos de ADN no homólogos (NHEJ, por sus siglas en inglés), un sistema de reparación de la doble cadena de ADN. Mediante la combinación de este proceso con las técnicas existentes de edición génica, ha sido posible colocar el fragmento de ADN deseado en una ubicación concreta en el genoma de células que no se dividen. Esta es la primera vez que se utiliza el sistema NHEJ para editar el ADN.
La clave para optimizar el uso de la vía NHEJ junto con el sistema CRISPR-Cas9 fue la creación de un paquete de inserción al que denominaron integración selectiva independiente de homología (HITI, por sus siglas en inglés). Mediante un virus inerte, este cóctel de ácidos nucleicos se transfirió a neuronas derivadas de células madre embrionarias humanas. Después de transportar con éxito este cóctel en cerebros de ratones adultos, se apostó por estudiar sus posibles aplicaciones terapéuticas. Así, se ensayó la técnica en un modelo de rata para la retinitis pigmentaria. Esta es una enfermedad hereditaria, actualmente sin cura, que causa una pérdida lenta de la visión y que con el tiempo produce ceguera. La retina afectada pierde la capacidad para responder a la luz y generar impulsos eléctricos que el cerebro reconoce como imágenes, pues las células que la forman, bastones y conos, mueren. Mediante el paquete HITI se logró la inclusión de una copia no mutada del gen MERTK, alterado en pacientes con retinitis pigmentaria, en la retina de animales de tres semanas de edad. Transcurridas cinco semanas, estos recuperaron de forma parcial la función visual.
Sin embargo, aún es pronto para hablar de la aplicación de este método en humanos. Primero será necesario optimizar el sistema y conseguir incorporar el nuevo ADN a un número mayor de células, sin olvidar las mejoras en seguridad y eficiencia.
Hablan los autores
Los investigadores del Instituto Salk han respondido amablemente a unas preguntas formuladas por IyC:
¿En qué se basa la nueva técnica de edición genética y por qué la usaron en sus investigaciones?
Utilizamos la vía NHEJ porque es el mecanismo que predomina de forma natural en las células maduras que ya no se dividen, también llamadas postmitóticas. Hasta ahora se había hecho uso de la recombinación homóloga, la cual ocurre en células en división.
¿Cuáles son las principales características del paquete HITI y por qué es el más adecuado para introducir el gen MERTK en las células de la retina?
HITI es un mecanismo de integración que puede ocurrir en células que no se dividen, las cuales experimentan la vía NHEJ. Esta vía reconoce los extremos modificados de un ADN externo y, usada conjuntamente con la técnica CRISPR-Cas9, permite la inserción del fragmento en un sitio preciso del genoma de células postmitóticas. Sin embargo, HITI se puede utilizar junto con cualquier otra técnica de edición de genes.
El gen MERTK se usó como muestra para comprobar la funcionalidad de HITI en un organismo vivo. En este caso se trató de ratas con retinitis pigmentaria y el objetivo fue hacer la corrección del gen que está asociado a esa patología. Pero HITI puede aplicarse en cualquier otro gen, y futuros trabajos demostrarán su funcionalidad en otras patologías.
¿En qué se diferencia la nueva estrategia de edición genética de otras publicadas previamente?
La diferencia de HITI respecto a las técnicas anteriores es su capacidad para utilizar la vía NHEJ, propia de las células que no se dividen. Anteriormente, en cambio, para modificar un gen de manera precisa mediante CRISPR-Cas9 se usaban células que sí se dividen. Estas células tienen un mecanismo activo diferente llamado reparación dependiente de homología (HDR, por sus siglas en inglés) que se basa en la recombinación homóloga. De forma que para editar el ADN mediante CRISPR-Cas9 era necesario forzar la división celular.
¿Cuáles son sus ventajas?
La ventaja principal de HITI es su alta eficiencia en comparación con sistemas anteriores. Es más fácil lograr la modificación dirigida de células que no se dividen cuando se aprovecha su mecanismo natural. Además, ya no es necesario forzar a las células a dividirse. Así, se evita modificar su condición fisiológica natural.
¿Por qué decidieron ensayar la técnica en un modelo de retinitis pigmentaria? ¿Cree posible usarla con pacientes con esta u otra enfermedad?
Es importante mencionar que se trata de un sistema para modificar genes en células maduras. Usamos el modelo de retinitis pigmentaria en ratas como un ejemplo, pero esto es solo el inicio. HITI es un mecanismo nuevo. Es necesario perfeccionarlo, mejorar su eficiencia y explorar su seguridad. Seguramente, en el futuro se empleará HITI para corregir otras patologías causadas por modificaciones genéticas puntuales, como algunas formas de anemia. Pero se trata de estudios que requieren mucha investigación aún. Debemos mejorar la eficiencia antes de trasladar la técnica a la práctica clínica.
Más información en Nature
Fuente: Instituto Salk e IyC
