Un paso adelante para la edición genética: CRISPR-Cas9 y la EH

CRISPR-Cas9 es una técnica experimental de edición genética que se utiliza para realizar cambios precisos en el ADN. Por primera vez, los científicos han utilizado este enfoque para atacar la mutación de la enfermedad de Huntington en las células cerebrales de un ratón. Otros investigadores están perfeccionando CRISPR-Cas9 para que sea más eficiente, específico y seguro. Todavía falta mucho para su uso en pacientes con EH, pero su aplicación en ratones es un emocionante paso adelante.

Edición genética con CRISPR-Cas9

El ADN es el código fundamental que dirige el crecimiento y la función de las células vivas. Nuestra capacidad para manipular este código, que antes era cosa de ciencia ficción, ha comenzado a impulsar la investigación sobre trastornos hereditarios como la enfermedad de Huntington. El diseño y la aplicación de herramientas para cambiar el ADN se conoce como edición genética, y una herramienta que ha recibido atención recientemente se llama CRISPR-Cas9. Desde su introducción, los científicos de la EH han estado explorando la posibilidad de que CRISPR-Cas9 pueda utilizarse para editar la mutación genética que causa la EH.

Esta técnica experimental no está lista para probarse en humanos, pero ha pasado rápidamente de los tubos de ensayo a las células vivas y a los organismos. Un trabajo reciente de varios grupos de investigación ha demostrado que CRISPR-Cas9 puede utilizarse para editar el gen de la EH en el cerebro de un ratón vivo. Aún más emocionante es que los hallazgos más recientes de un laboratorio muestran una mejora en el comportamiento de los ratones con EH después de administrar CRISPR-Cas9 en el cerebro. Esta tecnología de edición genética sigue sofisticándose, y varios equipos de investigación de la EH la están adaptando a los desafíos de la terapia de la EH. Hablemos de cómo funciona CRISPR-Cas9, su aplicación a la EH y por qué la seguridad es una preocupación en esta etapa.

El gen de la EH: editando la historia

La EH está causada por una adición no deseada al código genético. Miles de millones de bloques de construcción biológicos, los nucleótidos C, G, A y T, se encuentran en el código de ADN completo. Estos nucleótidos se leen e interpretan en trozos: secciones del gen conocidas como exones. Se puede pensar en un nucleótido como una letra, tres nucleótidos como una palabra, un exón como una frase, el gen como un párrafo y el genoma completo como un manual de instrucciones que describe todas las partes necesarias para que las células crezcan y funcionen.

Ampliemos un párrafo de la historia, el gen que causa la EH. En las personas destinadas a desarrollar la EH, la primera frase contiene un error: una cadena de letras C-A-G que continúa… y continúa y continúa y continúa y continúa y continúa y continúa y continúa y continúa y continúa y continúa y continúa y continúa y continúa y continúa y continúa… muchas más veces de lo necesario. ¿Qué pasaría si pudiéramos editar el error de repetición de CAG, como eliminar todas esas repeticiones adicionales de «continúa y continúa» de la frase anterior? Este es el objetivo principal de la edición genética en la investigación de la EH, y CRISPR-Cas9 es uno de los varios enfoques.

CRISPR-Cas9: haciendo el corte

No existe un equivalente de software de procesamiento de textos para editar genes. Para arreglar los genes a escala microscópica, una célula a la vez, el código defectuoso tiene que ser localizado y cortado físicamente, y eso es lo que hace CRISPR-Cas9. Este corte requiere dos componentes: (1) un ARN guía y (2) una enzima de corte llamada Cas9. Aquí hay una analogía simple: imagina que quieres cortar un trozo de cinta, pero tu amigo tiene las tijeras. Podrías sujetar la cinta con las dos manos, tirando fuerte para mostrarle a tu amigo exactamente dónde hacer el corte. Eso es CRISPR-Cas9, a escala microscópica: el ARN guía encuentra y presenta el lugar correcto en el ADN, y el Cas9 actúa como las tijeras, cortando realmente el ADN.

En el laboratorio, los científicos pueden diseñar ARN guía específicos que mostrarán a Cas9 dónde cortar dos veces, a ambos lados del tramo extra largo de repeticiones C-A-G en el gen de la EH. Entonces los nuevos extremos pueden ser unidos, eliminando permanentemente la parte ofensiva. Así es como los científicos utilizan CRISPR-Cas9 para editar secuencias genéticas.

Como con cualquier nueva tecnología emocionante, los investigadores han estado jugando con el sistema CRISPR-Cas9 para descubrir nuevas formas de utilizar la herramienta. Al principio, los investigadores se dieron cuenta de que podían utilizar CRISPR-Cas9 para hacer cortes individuales en un gen específico con bastante facilidad. El proceso de reparación que las células utilizan para arreglar estos cortes es propenso a errores, y comúnmente conduce a la pérdida de pequeñas piezas de información genética.

Como analogía, imagina que estás escribiendo un mensaje de texto a un amigo en la mesa de la cena que dice: «por favor, pasa la mantequilla». Si inadvertidamente te saltaras un par de letras – digamos «le» – pero mantuvieras la estructura del mensaje, tu amigo recibiría: «pasela mntequilla». Cuando los mensajes genéticos se mezclan con pequeñas eliminaciones como esta, las células tienen maquinaria para reconocer los errores e ignorar su contenido. Esto da a los investigadores una forma de utilizar CRISPR-Cas9 para eliminar eficazmente un gen, en lugar de editar la secuencia de una manera más específica.

CRISPR-Cas9 en el cerebro de un ratón con EH

Un par de grupos de investigación acaban de descubrir que es posible editar el gen de la EH en el cerebro de un ratón vivo. Más recientemente, un equipo dirigido por Xiao-Jiang Li, que trabaja en la Universidad de Emory en los EE. UU., descubrió que hacer pequeños cortes en el gen de la EH podría tener efectos beneficiosos en ratones con EH. Para estos experimentos, estaban utilizando CRISPR-Cas9 en el modo de eliminación, en lugar de editar el gen de la EH para eliminar el CAG largo con uno corto.

Para utilizar CRISPR-Cas9 en un ratón con EH, el ARN guía y las «tijeras» Cas9 son transportados por virus especialmente diseñados que deben ser inyectados en el cerebro. El grupo de Li aplicó esta técnica al cuerpo estriado, un área del cerebro que controla el estado de ánimo y el movimiento que se daña durante la EH. Unas semanas más tarde, los componentes de CRISPR-cas9 se habían extendido a muchas células, desactivando el gen disfuncional de la EH, y los signos de estrés en las neuronas habían disminuido.

Después de tres meses, había menos grupos dañinos de proteína huntingtina acumulados en las células cerebrales, y los ratones con EH habían mejorado algo en las pruebas de movimiento. El aspecto más emocionante de este experimento fue la recuperación de ratones más viejos que ya habían desarrollado síntomas. Incluso los ratones de 9 meses (alrededor de la mediana edad) mejoraron después de recibir las inyecciones, lo que sugiere que sus cerebros podrían recuperarse parcialmente después de media vida de daño.

Proceder con precaución

La mayoría de las personas con EH tienen sólo una copia del gen mutante, y otra copia que es perfectamente sana. Existe cierta preocupación sobre el uso de CRISPR-Cas9 como terapia, porque aunque podría eliminar la porción dañada del gen de la EH, también podría eliminar permanentemente una parte de la copia sana. El laboratorio de Li también hizo algunos experimentos para abordar indirectamente esta cuestión, trabajando con ratones que tenían dos copias defectuosas del gen de la EH, y utilizando CRISPR-Cas9 para eliminar ambas. No hubo peligro inmediato para los ratones, aunque sólo fueron monitoreados durante unas pocas semanas.

La seguridad de interferir con la copia normal del gen de la EH es importante, considerando el ensayo clínico en curso de un ASO reductor de huntingtina. El fármaco reduce los niveles tanto de la copia mutante como de la copia sana del gen de la EH. Algunas investigaciones en ratones han sugerido que esto es inofensivo durante la vida posterior, pero es difícil estar seguro, porque la vida útil de un ratón es mucho más corta que la de un humano. Las empresas que llevan a cabo el estudio ASO – Roche e Ionis – son muy conscientes de estos riesgos, y están monitoreando cuidadosamente a los sujetos del estudio para detectar cualquier signo de problemas causados por la reducción del gen de la EH.

Existen otras diferencias clave entre los fármacos ASO y el enfoque CRISPR-Cas9. El ensayo ASO actual en humanos es una terapia de reducción de huntingtina, o silenciamiento génico, que funciona para desactivar ambas copias del gen de la EH en ráfagas cortas. Si el tratamiento se detiene, el gen recuperará su función. Por el contrario, la edición génica utilizando CRISPR-Cas9 crea un cambio permanente en el ADN, y por lo tanto debe abordarse con aún más precaución. Existe evidencia de que el gen de la EH, dañado o no, tiene funciones importantes en la célula, y no queremos arriesgar efectos secundarios permanentes. La buena noticia es que los científicos de la EH están abordando el reto de evitar la copia sana del gen, conocido como un enfoque alelo-específico.

Mejora de las técnicas de edición genética

Dos grupos han mejorado recientemente la técnica CRISPR-Cas9, utilizándola para cortar e inactivar sólo la copia dañada del gen. Un equipo dirigido por Jong-Min Lee en el Hospital General de Massachusetts realizó una deleción alelo-específica utilizando ARN guía inteligentemente diseñados. Las guías buscaron pequeñas discrepancias en las letras del ADN cerca de la mutación de la EH y dirigieron dos cortes de Cas9. Su enfoque es novedoso porque las ediciones de genes podrían ser «personalizadas» dependiendo del ADN de un individuo.

Un segundo grupo, encabezado por Beverly Davidson en el Hospital Infantil de Filadelfia, utilizó un enfoque similar para atacar sólo el gen mutante, haciendo cortes más pequeños con Cas9. Esto detuvo la producción de múltiples proteínas huntingtina dañinas. Al igual que el grupo de Li, también pudieron inactivar el gen de la EH en el cerebro de un ratón vivo. Queda por ver si alguna de las técnicas CRISPR actualizadas mejorará el comportamiento de un ratón con EH, pero ambas innovaciones son un paso hacia las terapias genéticas del futuro.

Desafíos para la edición genética

Estamos entusiasmados con el uso de la edición genética para comprender mejor la EH. El uso de CRISPR en un ratón vivo y el desarrollo de enfoques alelo-específicos representan importantes pasos adelante, pero hay varios obstáculos que superar antes de que CRISPR-Cas9 pueda convertirse en un tratamiento para la EH. Estos son los principales desafíos a los que se enfrentan los investigadores, y nuestro estado actual de conocimiento:

1. Precisión: asegurarse de que el Cas9 sólo está cortando el gen que está diseñado para cortar, y no haciendo daño aleatorio en otros lugares. Los científicos parecen estar en camino de asegurar que CRISPR es muy específico.

2. Alelo-especificidad: asegurar que sólo la copia mutante del gen de la EH, y no la sana, sea eliminada. La investigación que hemos descrito aquí es un emocionante paso adelante.

3. Entrega: conseguir que la maquinaria CRISPR-Cas9 entre en muchas neuronas del cerebro y elimine el gen de la EH de cada una. Ahora sabemos que es posible en un ratón, pero sigue siendo un obstáculo importante para cualquier terapia utilizada para tratar el cerebro humano.

4. Seguridad a corto plazo: asegurarse de que la eliminación de parte del gen de la EH no cause problemas neurológicos inmediatos o incluso la muerte. Hasta ahora, este parece ser el caso.

5. Seguridad a largo plazo: asegurarse de que la edición del gen de la EH sería segura durante un largo período de tiempo. Esta es una pregunta muy difícil de explorar en ratones. Podemos encontrar respuestas a través de experimentos con primates, o de técnicas menos permanentes en ensayos clínicos.

El ensayo ASO de reducción de huntingtina todavía está en las primeras etapas de seguridad, pero el enfoque ha demostrado ser prometedor hasta ahora. La edición genética podría introducir cambios duraderos en lo que está escrito en el código del ADN, con profundas consecuencias. El uso seguro de CRISPR-Cas9 se vuelve exponencialmente más desafiante a medida que se acerca a la clínica. Sin embargo, la próxima generación de esta tecnología muestra una promesa increíble, y muchas mentes la están impulsando hacia adelante de maneras innovadoras.

Saber más

• Manuscrito original que describe el trabajo con ratones del laboratorio de Li (acceso abierto)
• Manuscrito original que describe el trabajo del laboratorio de Lee sobre el silenciamiento alelo-específico (el artículo completo requiere pago o suscripción)
• Manuscrito original que describe el trabajo del laboratorio de Davidson sobre el silenciamiento alelo-específico (acceso abierto)