Novos editores de genes CRISPR podem corrigir um erro de digitação de RNA e DNA por vez

Novas ferramentas de edição de genes podem corrigir erros de “digitação” que representam cerca da metade dos erros de ortografia genética que causam doenças.

Pesquisadores têm melhorado a tecnologia de edição de genes CRISPR/Cas9 para que ela converta a base adenina do DNA para guanina. O estudo foi publicado na revista Nature pelo químico e biológico David Liu e seus colaboradores. Em outro estudo, publicado na revista Science, outro grupo de pesquisadores (liderados pelo pioneiro do CRISPR, Feng Zhang) re-projetaram um editor de genes chamado CRISPR/Cas13, a fim de corrigir os mesmos erros de digitação em moléculas RNA ao invés de DNA.

Juntamente com outras versões da CRISPR/Cas9, os novos editores oferecem aos cientistas um conjunto expandido de ferramentas de precisão para corrigir doenças.

A CRISPR/Cas9 é uma tesoura molecular que corta o DNA. Os cientistas podem orientar essas tesouras para o lugar que eles querem cortar no material genético de um organismo utilizando um RNA guia que combina com o DNA do local de interesse. A ferramenta foi usada para fazer mutações ou corrigi-las em animais e em células humanas, incluindo embriões humanos.

Uma variedade de inovações permitem que a CRISPR/Cas9 altere as instruções genéticas sem cortar o DNA. As versões anteriores desses “editores de bases”, que alcançam os “erros de digitação” relacionados à outra metade dos erros genéticos de ortografia causadores de doenças, já foram usadas para alterar genes em plantas, peixes, camundongos e até mesmo em embriões humanos.

Esses editores de genes que não cortam o DNA são, possivelmente, mais seguros do que as versões tradicionais (que cortam o DNA), diz Gene Yeo, biólogo de RNA da Universidade da Califórnia – EUA. “Nós sabemos que há desvantagens em cortar o DNA”, disse ele. Frequentemente surgem erros quando a maquinaria celular tenta reparar quebras de DNA. Embora seja preciso, o CRISPR às vezes corta o DNA em locais que são semelhantes ao alvo, aumentando a possibilidade de introduzir novas mutações em outros lugares. Tais “edições irreversíveis em locais errados do DNA podem ser ruins”, diz Yeo. “Estes dois artigos apresentam diferentes maneiras de resolver esse problema”.

Os novos editores permitem que os pesquisadores reescrevam as quatro bases que armazenam informações em DNA e RNA. Essas quatro bases são os pares de adenina (A) e timina (T) – ou uracila no caso do RNA – e os pares de guanina (G) com citosina (C). As mutações que alteram os pares de bases CG para os pares TA ocorrem de 100 a 500 vezes ao dia nas células humanas. A maioria dessas mutações é provavelmente benigna, mas algumas podem alterar a estrutura e a função de uma proteína, ou interferir na atividade gênica, levando à alguma doença. Cerca de metade das 32 mil mutações associadas a doenças genéticas humanas ocorre com a mudança de CG para TA, diz Liu, um pesquisador do Instituto Médico Howard Hughes da Universidade de Harvard. 

No RNA, primo químico do DNA, existem naturalmente algumas enzimas que podem reverter essa mutação. Tais enzimas convertem quimicamente adenina em inosina (I), que a célula interpreta como G. Essa edição de RNA ocorre frequentemente em polvos e outros cefalópodes, além de, às vezes, humanos.

Os editores de base fundem enzimas que podem alterar a estrutura química das bases de DNA a uma versão “morta” de CRISPR/Cas9 que não corta o DNA. Os primeiros editores de base, desenvolvidos em 2016, usam citidina desaminase para mudar os pares de bases CG para pares TA (topo). Um novo editor de base (parte inferior da imagem) usa DNA adenina desaminase para fazer a mudança inversa, transformando pares de bases AT em pares de GC. Créditos: E. OTWELL.

Zhang, do  Broad Institute of MIT and Harvard, e seus colegas criaram uma enzima de edição de RNA chamada ADAR2 em uma ferramenta programável de edição de genes. A equipe começou com a CRISPR/Cas13 (tesoura molecular que normalmente corta o RNA) e então aumentaram a porção de conversão A-to-I de ADAR2 para a CRISPR/Cas13. A ferramenta de conglomerado editada de 13% para cerca de 27% de RNAs de dois genes em células humanas cultivadas em placas de Petri. Os pesquisadores não detectaram mudanças indesejáveis.

A edição de RNA é boa para correções temporárias, como o desligamento de proteínas que promovem inflamação. Mas, para corrigir muitas mutações, são necessários reparos permanentes no DNA, diz Liu. Em 2016, o time de Liu fez um editor de base que converte C para T. Pesquisadores chineses relataram na revista Protein & Cell que usaram o antigo editor de base em embriões humanos para reparar uma mutação que causa a desordem sanguínea chamada beta-talassemia. Mas esse editor não conseguiu fazer a mudança inversa, mudando de A para G.

Ao contrário do RNA, nenhuma enzima faz naturalmente a conversão de A-para-I no DNA. Então, Nicole Gaudelli, do laboratório de Liu, forçou a bactéria E. coli a evoluir. Em seguida, os pesquisadores ajustaram o conversor de DNA de E. coli, TadA, para uma versão “morta” de Cas9, incapacitada para que não pudesse cortar ambos os fios de DNA. O resultado foi um editor de base, chamado ABE, que pôde alternar pares de bases AT em pares de GC em cerca de 50% das células humanas testadas.

Este editor funciona de forma mais parecida com um lápis do que com uma tesoura, diz Liu. Em placas de Petri, a equipe de Liu corrigiu uma mutação em células humanas de um paciente com uma desordem sanguínea no armazenamento de ferro, chamada hemocromatose hereditária. A equipe também recriou mutações benéficas que permitem que células sanguíneas continuem fazendo hemoglobina fetal. Essas mutações são conhecidas por protegerem contra a anemia falciforme.

Outro grupo relatou na revista Protein & Cell que a edição de bases parece ser mais segura do que a tradicional edição “cortada e colada” da CRISPR/Cas9. Os resultados de Liu parecem dar suporte a esta ideia. Sua equipe descobriu que em cerca de 14% do tempo a CRISPR/Cas9 fez alterações em nove dos 12 possíveis locais “fora do alvo”. O novo editor de base A-to-G alterou apenas quatro dos 12 locais “fora do alvo” em apenas 1,3% do tempo.

Isso não quer dizer que a edição “cortada e colada” não seja útil, diz Liu. “Quando a sua tarefa for cortar algo, você não fará isso usando um lápis. Você precisará de uma tesoura. “

Matéria traduzida da revista Science News.

Sanderson Calixto

Sanderson Calixto

Biólogo com ênfase em Biologia Celular e Saúde e mestrando em Biociências e Biotecnologia pela Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro - UENF. Possui experiência na área de Imunofarmacologia de Produtos Naturais com ênfase na avaliação da atividade anti-inflamatória e antimicobacteriana.
Sanderson Calixto

Sanderson Calixto

Biólogo com ênfase em Biologia Celular e Saúde e mestrando em Biociências e Biotecnologia pela Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro - UENF. Possui experiência na área de Imunofarmacologia de Produtos Naturais com ênfase na avaliação da atividade anti-inflamatória e antimicobacteriana.

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