Embora a especificidade da edição genética baseada em CRISPR seja altamente precisa e versátil, a eficiência da instalação dessas edições tem sido baixa. Neste artigo, o laboratório Adamson descreve um editor principal mais eficiente. Crédito: Caitlin Sedwick para Universidade de Princeton
Os cientistas de Princeton fizeram uma grande melhoria em uma ferramenta de edição genética baseada em CRISPR chamada “edição principal”.
Ao longo de anos de engenharia de sistemas de edição de genes, os investigadores desenvolveram um conjunto de ferramentas que permitem a modificação de genomas em células vivas, semelhante à “cirurgia do genoma”. Estas ferramentas, incluindo as baseadas num sistema natural conhecido como CRISPR/Cas9, oferecem um enorme potencial para abordar necessidades clínicas não satisfeitas, sublinhado pela recente aprovação da FDA da primeira terapia baseada em CRISPR/Cas9.
Uma abordagem relativamente nova chamada “edição principal” permite a edição de genes com resultados excepcionais. precisão e alta versatilidade, mas tem uma compensação crítica: eficiência variável e muitas vezes baixa de instalação de edição. Em outras palavras, embora as edições principais possam ser feitas com alta precisão e poucos subprodutos indesejados, a abordagem também muitas vezes falha em fazer essas edições em frequências razoáveis.
Técnicas aprimoradas de edição principal
Em um artigo publicado na revista Natureza em 18 de abril, 2024os cientistas de Princeton, Jun Yan e Britt Adamson, juntamente com vários colegas, descrevem um editor principal mais eficiente.
Autores (lr) Brittany Adamson, Professora Assistente de Biologia Molecular e do Instituto Lewis-Sigler de Genômica Integrativa; e Jun Yan, estudante de graduação do laboratório Adamson e primeiro autor. Crédito: Foto de Britt Adamson por Denise Applewhite, Universidade de Princeton. Foto de Jun Yan do autor.
Os sistemas de edição principal consistem minimamente em dois componentes: uma versão modificada do elemento proteico do CRISPR/Cas9 e um elemento ribonucleico ácido (ARN) molécula chamada pegRNA. Estes componentes trabalham juntos em vários passos coordenados: Primeiro, o pegRNA liga-se à proteína e guia o complexo resultante para um local desejado no genoma. Lá, a proteína corta o ADN e, usando uma sequência modelo codificada no pegRNA, “transcreve reversamente” uma edição no genoma próximo. Desta forma, os editores principais “escrevem” sequências exatas no DNA alvo.
“A edição primária é uma ferramenta de edição de genoma incrivelmente poderosa porque nos dá mais controle sobre como exatamente as sequências genômicas são alteradas”, disse Adamson.
Insights experimentais e inovações
No início do estudo, Adamson e Yan, um estudante de pós-graduação do grupo de pesquisa de Adamson e do Departamento de Biologia Molecular, argumentaram que processos celulares desconhecidos podem ajudar ou dificultar a edição primária. Para identificar tais processos, Yan traçou um plano conceitualmente simples: primeiro, ele projetaria uma linha celular que emitiria fluorescência verde quando certas edições principais fossem instaladas. Então, ele bloquearia sistematicamente a expressão de proteínas normalmente expressas nessas células e mediria a fluorescência induzida pela edição para determinar quais dessas proteínas impactam a edição principal. Ao executar este plano, a equipe identificou 36 determinantes celulares da edição primária, dos quais apenas um – a pequena proteína La de ligação ao RNA – promoveu a edição.
“Embora promover a edição principal obviamente não seja uma função normal da proteína La, nossos experimentos mostraram que ela pode facilitar fortemente o processo”, disse Yan.
Dentro das células, sabe-se que o La se liga a sequências específicas frequentemente encontradas nas extremidades de pequenas moléculas nascentes de RNA e protege esses RNAs da degradação. A equipe de Princeton reconheceu imediatamente que os pegRNAs implantados nos primeiros experimentos de Yan provavelmente continham essas sequências exatas, chamadas tratos de poliuridina, pois são um subproduto típico, mas muitas vezes esquecido, da expressão de pegRNA nas células. Experimentos subsequentes sugeriram que tais pegRNAs aproveitam inadvertidamente a atividade de ligação final de La para proteção e para promover a edição principal.
Desenvolvimento da Proteína PE7
Motivados por seus resultados, a equipe perguntou se a fusão da parte do La que liga os tratos de poliuridina a uma proteína de edição principal padrão poderia aumentar a eficiência da edição principal. Eles ficaram entusiasmados ao descobrir que a proteína resultante, que eles chamam de PE7, melhorou substancialmente as eficiências de edição primária pretendidas em todas as condições e, ao usar alguns sistemas de edição primária, deixou as frequências de subprodutos indesejados muito baixas. Seus resultados rapidamente chamaram a atenção de colegas interessados em usar a edição primária em células humanas primárias, incluindo Daniel Bauer, do Boston Children’s Hospital e da Harvard Medical School, e Alexander Marson, da Universidade da Califórnia, em São Francisco. Juntamente com cientistas destes laboratórios, a equipa de investigadores demonstrou que o PE7 também pode melhorar as eficiências de edição primária em tipos de células terapeuticamente relevantes, oferecendo uma promessa alargada para futuras aplicações clínicas.
“Este trabalho é um belo exemplo de como a investigação profunda do funcionamento interno das células pode levar a insights inesperados que podem produzir impacto biomédico a curto prazo”, observou Bauer.
Referência: “Melhorando a edição principal com uma pequena proteína endógena de ligação ao RNA” por Jun Yan, Paul Oyler-Castrillo, Purnima Ravisankar, Carl C. Ward, Sébastien Levesque, Yangwode Jing, Danny Simpson, Anqi Zhao, Hui Li, Weihao Yan, Laine Goudy, Ralf Schmidt, Sabrina C. Solley, Luke A. Gilbert, Michelle M. Chan, Daniel E. Bauer, Alexander Marson, Lance R. Parsons e Britt Adamson, 3 de abril de 2024, Natureza.
DOI: 10.1038/s41586-024-07259-6
Financiamento: O financiamento para este trabalho foi fornecido pela Instituto Nacional de Saúde (NIH) (R35GM138167, RM1HG009490, T32HG003284, DP2CA239597, UM1HG012660 (bolsa de treinamento Princeton QCB; NHGRI) e (bolsa de treinamento T32GM007388 Princeton MOL; NIGMS)); o Programa Searle Scholars; a Iniciativa de Catálise de Princeton; Fundação CHDI; Universidade de Princeton; o Instituto Parker de Imunoterapia contra o Câncer (PICI); o prêmio Lloyd J. Old STAR do Cancer Research Institute (CRI); a Fundação Simons; a Iniciativa CRISPR Curas para o Câncer; o Instituto Arco; CRUK/NIH (OT2CA278665 e CGCATF-2021/100006); Prêmio Pew-Stewart Scholars for Cancer Research; a Fundação Doris Duke; o Consórcio de Pesquisa Colaborativa do St Jude Children’s Research Hospital; NHLBI (R01HL150669); o Centro Cooperativo Fred Hutch de Excelência em Hematologia (U54 DK106829); o China Scholarship Council (CSC), com base no Memorando de Entendimento de abril de 2015 entre o CSC e a Universidade de Princeton; o NCI (K00CA245718); e o Centro de Recursos de Citometria de Fluxo da Universidade de Princeton (NCI-CCSG P30CA072720-5921).
Números de concessão: R35GM138167, RM1HG009490, T32HG003284, DP2CA239597, UM1HG012660, T32GM007388, OT2CA278665, CGCATF-2021/100006, U54 DK106829, K00CA245718, -CCSG P30CA072720-5921
Financiadores: Institutos Nacionais de Saúde (NIH), Programa Searle Scholars, Princeton Catalysis Initiative, Fundação CHDI; Universidade de Princeton, Instituto Parker de Imunoterapia contra o Câncer (PICI), Instituto de Pesquisa do Câncer (CRI), Fundação Simons, Iniciativa Curas para o Câncer CRISPR, Instituto Arc, CRUK/NIH, Pew-Stewart, Fundação Doris Duke, Pesquisa Colaborativa do St Jude Children’s Research Hospital Consórcio, NHLBI, Centro Cooperativo Fred Hutch de Excelência em Hematologia, Conselho de Bolsas da China (CSC), NCI.
