Esta descoberta CRISPR ativa genes sem cortar o DNA

Durante anos, os investigadores questionaram se os grupos metilo, pequenos aglomerados químicos que se acumulam no ADN, apenas aparecem onde os genes já estão desligados ou se são a causa directa da supressão genética.

Num estudo publicado recentemente em Comunicações da Naturezapesquisadores da UNSW, trabalhando com colegas do St Jude Children’s Research Hospital (Memphis), demonstraram que a remoção dessas etiquetas químicas faz com que os genes se tornem ativos novamente. Quando as tags foram adicionadas novamente, os genes foram desligados mais uma vez. Os resultados confirmam que a metilação do DNA controla diretamente a atividade genética.

“Mostramos muito claramente que se você remover as teias de aranha, o gene é ativado”, diz o principal autor do estudo, Professor Merlin Crossley, vice-chanceler adjunto de qualidade acadêmica da UNSW.

“E quando adicionamos os grupos metil de volta aos genes, eles desligaram novamente. Então, esses compostos não são teias de aranha – são âncoras.”

Como a tecnologia CRISPR evoluiu

CRISPR, abreviação de Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, é a base da moderna tecnologia de edição de genes. Permite aos cientistas localizar sequências específicas de ADN e fazer alterações específicas, muitas vezes substituindo códigos genéticos defeituosos por versões saudáveis.

O sistema é baseado em um mecanismo de defesa natural encontrado em bactérias, que utilizam CRISPR para reconhecer e cortar o DNA de vírus invasores.

As primeiras versões das ferramentas CRISPR funcionavam cortando o DNA para desativar genes com defeito. Versões posteriores tornaram-se mais precisas, permitindo aos cientistas corrigir letras individuais no código genético. No entanto, ambas as abordagens baseiam-se na quebra das cadeias de ADN, o que pode levar a alterações indesejadas e aumentar o risco de efeitos secundários graves.

A versão mais recente, conhecida como edição epigenética, adota uma abordagem diferente. Em vez de cortar o DNA, ele tem como alvo marcadores químicos ligados a genes dentro do núcleo de cada célula. Ao remover grupos metilo de genes que foram silenciados, os investigadores podem restaurar a actividade genética sem alterar a sequência de ADN subjacente.

Novas possibilidades para o tratamento da doença falciforme

A equipe acredita que esta abordagem pode levar a tratamentos mais seguros para doenças relacionadas às células falciformes. Essas doenças hereditárias afetam a forma e a função dos glóbulos vermelhos, muitas vezes causando dor intensa, danos a órgãos e redução da expectativa de vida.

“Sempre que você corta o DNA, há risco de câncer. E se você estiver fazendo terapia genética para uma doença vitalícia, esse é um risco grave”, diz o professor Crossley.

“Mas se pudermos fazer uma terapia genética que não envolva o corte de cadeias de DNA, evitaremos essas armadilhas potenciais.”

Em vez de cortar o DNA, a nova técnica utiliza um sistema CRISPR modificado para fornecer enzimas que removem grupos metil. Este processo libera os freios genéticos que mantêm certos genes desligados. Um alvo importante é o gene da globina fetal, que ajuda a fornecer oxigênio antes do nascimento. A reativação deste gene após o nascimento poderia ajudar a contornar defeitos no gene da globina adulta que causa doenças falciformes.

“Você pode pensar no gene da globina fetal como as rodinhas de uma bicicleta infantil”, diz o professor Crossley. “Acreditamos que podemos fazê-los funcionar novamente em pessoas que precisam de novas rodas.”

O que a pesquisa mostra até agora

Até agora, todos os experimentos foram realizados em laboratório usando células humanas na UNSW e em Memphis.

A co-autora do estudo, Professora Kate Quinlan, diz que as descobertas podem ter implicações de longo alcance além da doença falciforme. Muitas condições genéticas envolvem genes que são ativados ou desativados incorretamente, e o ajuste de grupos metil pode fornecer uma maneira de corrigir esses problemas sem danificar o DNA.

“Estamos entusiasmados com o futuro da edição epigenética, pois o nosso estudo mostra que ela nos permite aumentar a expressão genética sem modificar a sequência do ADN. As terapias baseadas nesta tecnologia provavelmente terão um risco reduzido de efeitos negativos não intencionais em comparação com o CRISPR de primeira ou segunda geração”, diz ela.

Olhando para o futuro, os pesquisadores descrevem como a terapia poderá um dia funcionar na prática. Os médicos coletavam células-tronco do sangue de um paciente, que produzem glóbulos vermelhos. No laboratório, a edição epigenética seria usada para remover marcadores metílicos do gene da globina fetal, reativando-o. As células editadas seriam então devolvidas ao paciente, onde poderiam se estabelecer na medula óssea e começar a produzir células sanguíneas mais saudáveis.

Os próximos passos na edição epigenética

As equipes de pesquisa da UNSW e St Jude planejam testar a abordagem em modelos animais e continuar explorando ferramentas adicionais baseadas em CRISPR.

“Talvez o mais importante seja que agora é possível direcionar moléculas para genes individuais”, diz o Prof. Crossley.

“Aqui removemos ou adicionamos grupos metil, mas isso é apenas o começo, há outras mudanças que poderiam ser feitas e que aumentariam nossa capacidade de alterar a produção genética para fins terapêuticos e agrícolas. Este é o começo de uma nova era.”