A nova ferramenta de edição genética de precisão do MIT pode transformar a medicina

Pesquisadores do MIT descobriram agora uma maneira de reduzir significativamente esses erros, alterando as principais proteínas que orientam o processo de edição. Eles acreditam que esta melhoria poderia tornar a terapia genética mais segura e prática para o tratamento de uma ampla gama de doenças.

“Este artigo descreve uma nova abordagem para fazer a edição genética que não complica o sistema de entrega e não adiciona etapas adicionais, mas resulta em uma edição muito mais precisa com menos mutações indesejadas”, diz Phillip Sharp, professor emérito do Instituto MIT, membro do Instituto Koch para Pesquisa Integrativa do Câncer do MIT e um dos autores seniores do novo estudo.

Usando seu método refinado, a equipe do MIT reduziu a taxa de erros na edição principal de aproximadamente uma em cada sete edições para cerca de uma em 101 no tipo de edição mais comum. Num modo de edição mais preciso, a melhoria passou de uma em 122 para uma em 543.

“Para qualquer medicamento, o que você deseja é algo que seja eficaz, mas com o mínimo de efeitos colaterais possível”, diz Robert Langer, professor do Instituto David H. Koch no MIT, membro do Instituto Koch e um dos autores seniores do novo estudo. “Para qualquer doença em que se possa fazer edição do genoma, penso que esta seria, em última análise, uma maneira melhor e mais segura de o fazer”.

O cientista pesquisador do Instituto Koch, Vikash Chauhan, liderou o estudo, que foi publicado recentemente em Natureza.

O potencial de erro

Na década de 1990, os primeiros esforços de terapia genética baseavam-se na inserção de novos genes em células utilizando vírus modificados. Mais tarde, os cientistas desenvolveram técnicas que usavam enzimas como as nucleases de dedo de zinco para reparar genes diretamente. Essas enzimas funcionavam, mas eram difíceis de reprojetar para novos alvos de DNA, tornando seu uso lento e complicado.

A descoberta do sistema CRISPR nas bactérias mudou tudo. O CRISPR usa uma enzima chamada Cas9, guiada por um pedaço de RNA, para cortar o DNA em um local específico. Os pesquisadores adaptaram-no para remover sequências de DNA defeituosas ou inserir sequências corrigidas usando um modelo baseado em RNA, tornando a edição genética mais rápida e flexível.

Em 2019, cientistas do Broad Institute do MIT e de Harvard introduziram a edição primária, uma nova versão do CRISPR que é ainda mais precisa e tem menos probabilidade de afetar áreas indesejadas do genoma. Mais recentemente, a edição prime foi utilizada com sucesso para tratar um paciente com doença granulomatosa crónica (DGC), uma doença rara que enfraquece os glóbulos brancos.

“Em princípio, esta tecnologia poderia eventualmente ser usada para tratar centenas de doenças genéticas, corrigindo pequenas mutações diretamente nas células e tecidos”, diz Chauhan.

Uma das vantagens da edição primária é que ela não exige a realização de um corte de fita dupla no DNA alvo. Em vez disso, utiliza uma versão modificada do Cas9 que corta apenas uma das fitas complementares, abrindo uma aba onde uma nova sequência pode ser inserida. Um RNA guia entregue junto com o editor principal serve como modelo para a nova sequência.

Uma das razões pelas quais a edição principal é considerada mais segura é que ela não corta ambas as cadeias de DNA. Em vez disso, faz um corte mais suave e de fita única usando uma enzima Cas9 modificada. Isto abre uma pequena aba no DNA onde uma nova sequência corrigida pode ser inserida, guiada por um modelo de RNA.

Uma vez adicionada a sequência corrigida, ela deve substituir a fita de DNA original. Se, em vez disso, o fio antigo for reconectado, o novo fragmento pode, às vezes, acabar no lugar errado, levando a erros não intencionais.

A maioria destes erros são inofensivos, mas em casos raros podem contribuir para o crescimento de tumores ou outros problemas de saúde. Nos atuais sistemas de edição principal, a taxa de erro pode variar de cerca de uma em sete edições a uma em 121, dependendo do modo de edição.

“As tecnologias que temos agora são realmente muito melhores do que as ferramentas anteriores de terapia genética, mas há sempre uma possibilidade para estas consequências indesejadas”, diz Chauhan.

Edição precisa

Para reduzir essas taxas de erro, a equipe do MIT decidiu aproveitar um fenômeno observado em um estudo de 2023. Nesse artigo, eles descobriram que, embora Cas9 geralmente corte sempre no mesmo local do DNA, algumas versões mutadas da proteína mostram um relaxamento dessas restrições. Em vez de cortar sempre no mesmo local, essas proteínas Cas9 às vezes cortavam uma ou duas bases mais adiante na sequência de DNA.

Este relaxamento, descobriram os investigadores, torna as antigas cadeias de ADN menos estáveis, pelo que se degradam, facilitando a incorporação das novas cadeias sem introduzir quaisquer erros.

No novo estudo, os pesquisadores conseguiram identificar mutações Cas9 que reduziram a taxa de erro para 1/20 do valor original. Então, combinando pares dessas mutações, eles criaram um editor Cas9 que reduziu ainda mais a taxa de erro, para 1/36 do valor original.

Para tornar os editores ainda mais precisos, os pesquisadores incorporaram suas novas proteínas Cas9 em um sistema de edição principal que possui uma proteína de ligação ao RNA que estabiliza as extremidades do modelo de RNA de forma mais eficiente. Este editor final, que os pesquisadores chamam de vPE, teve uma taxa de erro de apenas 1/60 do original, variando de uma em 101 edições a uma em 543 edições para diferentes modos de edição. Esses testes foram realizados em células de camundongos e humanas.

A equipe do MIT está agora trabalhando para melhorar ainda mais a eficiência dos editores principais, por meio de novas modificações no Cas9 e no modelo de RNA. Eles também estão trabalhando em maneiras de entregar os editores a tecidos específicos do corpo, o que é um desafio de longa data na terapia genética.

Eles também esperam que outros laboratórios comecem a usar a nova abordagem de edição principal em seus estudos de pesquisa. Os editores principais são comumente usados ​​para explorar muitas questões diferentes, incluindo como os tecidos se desenvolvem, como as populações de células cancerígenas evoluem e como as células respondem ao tratamento medicamentoso.

“Os editores de genoma são amplamente utilizados em laboratórios de pesquisa”, diz Chauhan. “Portanto, o aspecto terapêutico é empolgante, mas estamos realmente entusiasmados em ver como as pessoas começam a integrar nossos editores em seus fluxos de trabalho de pesquisa”.

A pesquisa foi financiada pela Life Sciences Research Foundation, pelo Instituto Nacional de Imagens Biomédicas e Bioengenharia, pelo Instituto Nacional do Câncer e pela bolsa de apoio (principal) do Instituto Koch do Instituto Nacional do Câncer.