Um método de edição genética chamado edição mestre poderá um dia ajudar a tratar muitas doenças, convertendo genes defeituosos em genes saudáveis. No entanto, a técnica por vezes introduz pequenos erros no ADN, que por vezes podem ser prejudiciais.
Os pesquisadores do MIT descobriram agora uma maneira de reduzir significativamente esses erros, alterando uma proteína-chave que orienta o processo de edição. Eles acreditam que esta melhoria poderia tornar a terapia genética mais segura e prática para o tratamento de uma variedade de doenças.
“Este artigo descreve uma nova abordagem para a edição genética que não complica o sistema de entrega nem adiciona etapas extras, mas resulta em edições mais precisas com menos mutações indesejadas”, disse Phillip Sharp, professor emérito do MIT e membro do Instituto Koch para Pesquisa Integrativa do Câncer do MIT e um dos autores seniores do novo estudo.
Usando sua abordagem aprimorada, a equipe do MIT reduziu a taxa de erros para edições importantes de cerca de um em sete para cerca de um em 100 para os tipos mais comuns de edições. No modo de edição mais preciso, a melhoria aumenta de 1 em 122 para 1 em 543.
“Com qualquer medicamento, você deseja algo que seja eficaz, mas que tenha o mínimo de efeitos colaterais possível”, disse 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 a edição do genoma possa ser feita, penso que esta será, em última análise, uma abordagem melhor e mais segura”.
O cientista pesquisador do Instituto Koch, Vikash Chauhan, liderou o estudo, que foi publicado recentemente em natureza.
erros potenciais
Na década de 1990, os primeiros esforços de terapia genética baseavam-se na utilização de vírus modificados para inserir novos genes nas células. Mais tarde, os cientistas desenvolveram técnicas para reparar genes diretamente usando enzimas como as nucleases de dedo de zinco. Embora eficazes, essas enzimas são difíceis de redesenhar 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 para cortar o DNA em locais específicos, guiado por um pedaço de RNA. Os pesquisadores o modificaram para excluir sequências de DNA defeituosas ou inserir sequências de DNA corretas usando modelos baseados em RNA, tornando a edição genética mais rápida e flexível.
Em 2019, cientistas do Broad Institute do MIT e de Harvard revelaram o Prime Editing, uma nova versão do CRISPR que é mais precisa e tem menos probabilidade de afetar áreas inesperadas do genoma. Recentemente, o prime edit foi usado com sucesso para tratar pacientes com doença granulomatosa crônica (DGC), uma doença rara que enfraquece os glóbulos brancos.
“Em princípio, esta tecnologia poderia eventualmente abordar centenas de doenças genéticas, corrigindo diretamente pequenas mutações em células e tecidos”, disse Chauhan.
Uma das vantagens da edição Prime é que ela não requer cortes de fita dupla no DNA alvo. Em vez disso, utiliza uma versão modificada do Cas9 que corta apenas uma cadeia complementar, abrindo uma aba na qual novas sequências podem ser inseridas. O RNA guia fornecido com o Prime Editor é usado como modelo para novas sequências.
Um dos motivos pelos quais a edição de primers é considerada mais segura é que ela não corta as duas fitas de DNA ao mesmo tempo. Em vez disso, utiliza uma enzima Cas9 modificada para fazer cortes mais suaves na cadeia simples. Isto abre uma pequena aba no DNA na qual uma sequência nova e correta pode ser inserida, guiada por um modelo de RNA.
Uma vez adicionada a sequência correta, ela deve substituir a fita de DNA original. Se a cadeia antiga for reconectada, o novo fragmento poderá, às vezes, aparecer no local errado, causando erros inesperados.
A maioria desses erros é inofensiva, mas em casos raros podem causar crescimento de tumores ou outros problemas de saúde. No atual sistema de edição Prime, as taxas de erro podem variar de 1 em 7 a 1 em 121, dependendo do modo de edição.
“A tecnologia que temos agora é realmente muito melhor do que as primeiras ferramentas de terapia genética, mas há sempre a possibilidade de ter estas consequências indesejadas”, disse Chauhan.
Edição precisa
Para reduzir estas taxas de erro, a equipa do MIT decidiu aproveitar um fenómeno que observaram num estudo de 2023. Nesse artigo, eles descobriram que, embora Cas9 normalmente corte sempre o mesmo local do DNA, algumas versões mutantes da proteína mostram um relaxamento dessas restrições. Essas proteínas Cas9 às vezes cortam uma ou duas bases ao longo da sequência de DNA, em vez de cortar sempre o mesmo ponto.
Os investigadores descobriram que este relaxamento torna as antigas cadeias de ADN menos estáveis, pelo que são degradadas, facilitando a fusão de novas cadeias sem introduzir quaisquer erros.
No novo estudo, os pesquisadores conseguiram identificar mutações no Cas9 que reduziram a taxa de erro para 1/20 do valor original. Então, combinando esses pares de mutações, eles criaram um editor Cas9 que reduziu ainda mais a taxa de erro, para 1/36 da taxa de erro original.
Para tornar a edição mais precisa, os pesquisadores integraram sua nova proteína Cas9 no sistema de edição Prime, que apresenta proteínas de ligação ao RNA que estabilizam de forma mais eficiente as extremidades dos modelos de RNA. O editor resultante, que os pesquisadores chamam de vPE, teve uma taxa de erro de apenas 1/60 da original, variando de 1 em 101 edições a 1 em 543 edições para diferentes modos de edição. Os testes foram realizados em células de camundongos e humanas.
A equipe do MIT está atualmente trabalhando para melhorar ainda mais a eficiência do Prime Editor, modificando ainda mais os modelos Cas9 e RNA. Eles também estão trabalhando em como entregar o editor a tecidos específicos do corpo, um desafio de longa data na terapia genética.
Eles também esperam que outros laboratórios comecem a usar o novo método de edição primário em suas pesquisas. O Prime Editor é frequentemente usado para explorar muitas questões diferentes, incluindo como os tecidos se desenvolvem, como as populações de células cancerígenas evoluem e como as células respondem aos tratamentos medicamentosos.
“Os editores de genoma são amplamente utilizados em laboratórios de pesquisa”, disse 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 por uma bolsa de Apoio (Core) do Instituto Koch do Instituto Nacional do Câncer.
