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Novo sistema de edição principal insere genes inteiros em células humanas
Desenvolvida pela primeira vez em 2019, a edição principal é um método preciso de fazer uma ampla diversidade de edições de genes em células humanas, incluindo pequenas substituições, inserções e deleções.
Por Allessandra Dicorato - 10/12/2021


Crédito: Ricardo Job-Reese, Broad Communications

Pesquisadores do Broad Institute of MIT e Harvard desenvolveram uma nova versão de edição principal que pode instalar ou trocar sequências de DNA do tamanho de um gene. Desenvolvida pela primeira vez em 2019, a edição principal é um método preciso de fazer uma ampla diversidade de edições de genes em células humanas, incluindo pequenas substituições, inserções e deleções.

Em um estudo publicado hoje na Nature Biotechnology , a equipe descreve a edição twin prime (twinPE), uma técnica que faz duas edições principais adjacentes para introduzir sequências maiores de DNA em locais específicos no genoma com poucos subprodutos indesejados. Com um maior desenvolvimento, a tecnologia poderia ser usada como uma nova forma de terapia genética para inserir genes terapêuticos de maneira segura e altamente direcionada para substituir genes mutantes ou ausentes.

Os pesquisadores demonstraram o potencial terapêutico do TwinPE ao editar, em células humanas , um gene ligado à síndrome de Hunter, uma doença genética rara. Esta doença é causada por uma inversão de um trecho de DNA específico de 40.000 pares de bases. A equipe usou o twinPE para introduzir uma inversão de comprimento semelhante no mesmo local do genoma, mostrando como o método poderia ser usado para corrigir a mutação causadora da doença. A equipe também usou PE gêmeo para inserir com precisão a carga de DNA do tamanho de um gene de milhares de pares de bases em locais terapeuticamente relevantes no genoma.

A abordagem aborda uma limitação do sistema de edição principal original, que pode editar apenas várias dezenas de pares de bases. No entanto, o estudo ou tratamento de algumas doenças genéticas pode exigir edições maiores. Como o método de edição principal original, o twinPE também não corta completamente a dupla hélice do DNA, cortando ambas as fitas simultaneamente no mesmo local, o que pode induzir resultados de edição mal controlados e anormalidades cromossômicas prejudiciais.

"Inserir um gene saudável em um paciente em um local de nossa escolha sem gerar quebras de fita dupla e misturas de subprodutos tem sido um dos desafios de longa data na edição de genes", disse David Liu, autor sênior do estudo, Richard Merkin Professor e diretor do Instituto Merkin de Tecnologias Transformativas em Saúde do Broad Institute, professor da Universidade de Harvard e investigador do Howard Hughes Medical Institute.

“TwinPE pode ser uma forma potencialmente mais segura e precisa de inserir genes inteiros de interesse terapêutico em posições que especificamos, como a localização do gene nativo em indivíduos saudáveis ​​ou locais de 'porto seguro' que minimizam o risco de efeitos colaterais. "
 
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A edição principal, desenvolvida pelo laboratório de Liu, permite substituições, inserções e exclusões de DNA, e promete corrigir a maioria das variações genéticas conhecidas que causam doenças. Melhorias recentes na tecnologia de edição principal aumentaram sua eficiência, aproximando-se mais das aplicações terapêuticas. Mas editar sequências com mais de 100 pares de bases permaneceu ineficiente.

A edição Twin Prime preenche essa lacuna. O sistema usa uma proteína de editor principal e dois RNAs de guia de edição principal, que orientam a máquina de edição e codificam as edições. Cada um dos dois RNAs guia direciona a proteína de edição para fazer um corte de fita simples no DNA em diferentes locais-alvo no genoma, evitando o tipo de quebra de fita dupla que cria subprodutos indesejados em outros métodos. O sistema então sintetiza duas novas fitas complementares de DNA contendo a sequência desejada entre os dois nicks. Usando essa abordagem, a equipe foi capaz de inserir, substituir ou excluir sequências de até cerca de 800 pares de bases.

Para editar sequências ainda maiores, os pesquisadores usaram seu sistema de edição de gêmeos primários para instalar "locais de aterrissagem" no genoma para enzimas chamadas recombinases específicas do local, que catalisam a integração do DNA em locais específicos do genoma. A equipe então tratou as células com uma enzima recombinase e introduziu os longos pedaços de DNA que eles queriam inserir no genoma. A combinação de PE gêmeo e enzimas recombinase permitiu aos cientistas editar sequências com milhares de pares de bases - o comprimento de genes inteiros .

Liu e sua equipe agora estão testando diferentes recombinases que podem tornar o twinPE mais eficiente. Eles também estão avaliando a capacidade do TwinPE de instalar sequências genéticas ainda mais longas.

"É uma aspiração de longa data de muitos laboratórios, incluindo o nosso, ser capaz de avançar a terapia genética da mesma forma que os cientistas avançaram na edição de genes nos últimos anos", disse Liu. "Este estudo, junto com outros esforços de outros cientistas, pode marcar o início de uma nova geração de estratégias de terapia genética, assim como nucleases CRISPR, editores de base e editores principais representaram o início de uma nova geração de tecnologias de edição de genes."

 

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