Ferramenta de edição genética reduz precursor da placa de Alzheimer em ratos

Uma nova ferramenta de edição de genes que ajuda a maquinaria celular a ignorar partes de genes responsáveis ​​por doenças foi aplicada para reduzir a formação de precursores de placas beta-amilóides em um modelo de rato com doença de Alzheimer, relatam pesquisadores da Universidade de Illinois Urbana-Champaign.

A aplicação em camundongos vivos mostra a maior eficiência da ferramenta, chamada SPLICER, em relação ao padrão atual em tecnologia de edição de genes, bem como o potencial para aplicação em outras doenças, disseram os pesquisadores. Liderados por Pablo Perez-Pinera, professor de bioengenharia na U. of I., os pesquisadores publicaram suas descobertas na revista Comunicações da Natureza.

O SPLICER usa uma abordagem de edição genética chamada salto de exon, que é de particular interesse para condições de saúde causadas por mutações que produzem proteínas mal dobradas ou tóxicas, como a distrofia muscular de Duchenne ou a doença de Huntington.

“O DNA contém as instruções para construir tudo o que é responsável pelo funcionamento das células. Portanto, é como um livro de receitas que contém instruções muito detalhadas para cozinhar”, disse Perez-Pinera.

“Mas existem grandes regiões de DNA que não codificam nada. É como se você começasse a receita de um jantar de peru e então digitasse uma nota que diz ‘continua na página 10’. Após a página 10, ‘continua na página 25’. As páginas intermediárias são sem sentido.

“Mas digamos que em uma das páginas de receitas – em genética, um exon – há um erro de digitação que torna o peru não comestível, ou mesmo venenoso. Se não pudermos corrigir o erro de digitação diretamente, poderíamos alterar a nota anterior para enviá-lo para o próxima página, pulando a página com o erro, para que no final você pudesse fazer um peru comestível.

“Embora você possa perder o molho que estava na página ignorada, você ainda jantaria. Da mesma forma, se pudermos pular o pedaço do gene com a mutação tóxica, a proteína resultante ainda poderá ter função suficiente para desempenhar suas funções críticas.”

O SPLICER baseia-se na popular plataforma de edição genética CRISPR-Cas9 – com alterações importantes. Os sistemas CRISPR-Cas9 requerem uma sequência de DNA específica para se fixar, limitando quais genes podem ser editados. O SPLICER usa enzimas Cas9 mais recentes que não precisam dessa sequência, abrindo a porta para novos alvos, como o gene relacionado ao Alzheimer, no qual o grupo de Illinois se concentrou.

“Outro problema que abordamos em nosso trabalho é a precisão do que é ignorado”, disse o estudante de pós-graduação Angelo Miskalis, coautor do artigo.

“Com as técnicas atuais de salto de exon, às vezes nem todo o exon é ignorado, então ainda há parte da sequência que não queremos expressa. Na analogia do livro de receitas, é como tentar pular uma página, mas a nova página começa em no meio de uma frase, e agora a receita não faz sentido. Queríamos evitar isso.”

Existem duas áreas de sequência-chave ao redor de um éxon que informam ao maquinário celular quais partes de um gene usar para produzir proteínas: uma no início e outra no final. Embora a maioria das ferramentas de salto de exon tenha como alvo apenas uma sequência, o SPLICER edita as sequências inicial e final. Como resultado, os exões alvo são ignorados de forma mais eficiente, disse Miskalis.

O grupo de Illinois optou por ter como alvo um gene do Alzheimer para a primeira demonstração das habilidades terapêuticas do SPLICER porque, embora o gene alvo tenha sido bem estudado, o salto eficiente de exons permaneceu indefinido em organismos vivos. Os investigadores visaram um exão específico que codifica uma sequência de aminoácidos dentro de uma proteína que é clivada para formar beta-amiloide, que se acumula para formar placas nos neurónios do cérebro à medida que a doença progride.

Em neurônios cultivados, o SPLICER reduziu eficientemente a formação de beta-amiloide. Ao analisar a produção de DNA e RNA de cérebros de camundongos, os pesquisadores descobriram que o exon alvo diminuiu 25% nos camundongos tratados com SPLICER, sem evidência de efeitos fora do alvo.

“Quando tentamos originalmente atingir este exão com técnicas mais antigas, não funcionou”, disse o estudante Shraddha Shirguppe, também co-autor do estudo.

“A combinação dos editores de base mais recentes com a edição de emenda dupla pulou o exon em uma taxa muito melhor do que conseguimos anteriormente com qualquer um dos métodos disponíveis. Fomos capazes de mostrar que não apenas ele poderia pular melhor todo o exon, mas também reduziu o proteína que produz a placa nessas células.”

“O salto de éxons só funciona se a proteína resultante ainda estiver funcional, por isso não pode tratar todas as doenças com base genética. Essa é a limitação geral da abordagem”, disse Perez-Pinera.

“Mas para doenças como Alzheimer, Parkinson, Huntington ou distrofia muscular de Duchenne, esta abordagem tem muito potencial. O próximo passo imediato é analisar a segurança da remoção dos exões alvo destas doenças e garantir que não estamos a criar uma nova proteína que seja tóxica ou que não possua uma função essencial, também precisaríamos fazer estudos em animais de longo prazo e ver se a doença progride ao longo do tempo”.