Un sistem CRISPR compact activează mai multe gene simultan și dă rezultate în modele animale de epilepsie și distrofie musculară
Cercetătorii au dezvoltat un sistem de activare genică bazat pe CRISPR care poate fi livrat într-un singur vector viral și care, în experimente pe șoareci, a redus crizele convulsive și a prelungit supraviețuirea într-un model de sindrom Dravet, respectiv a îmbunătățit funcția musculară într-un model de distrofie musculară Duchenne. Rezultatele au fost publicate în Nature Biotechnology.
Abordarea pornește de la ideea de a nu repara mutațiile, ci de a determina genele deja prezente în celule să funcționeze mai intens. Provocarea principală ține de livrare: virusurile adeno-asociate, folosite frecvent pentru a introduce instrucțiuni genetice în celule, au o capacitate limitată de încărcare, iar pachetul trebuie să includă atât proteina care activează genele, cât și ARN-urile ghid care o direcționează către ținte.
Echipa condusă de Hainan Zhang, de la Institutul de Materia Medica din Shanghai al Academiei Chineze de Științe, a construit sistemul în jurul proteinei Cas12m, o variantă compactă de proteină CRISPR care poate, de asemenea, să taie un lanț de ARN-uri ghid în fragmente funcționale separate în interiorul celulei. Astfel, mai multe ghiduri pot fi transportate într-un set compact de instrucțiuni. Platforma rezultată, numită smCRISPRa, permite ca mai multe ghiduri să concentreze activitatea asupra unei singure gene sau să o distribuie către mai multe gene.
Într-o demonstrație, un singur vector viral a transportat opt ghiduri care au crescut activitatea a șase gene în țesut cerebral și muscular de șoarece.
Supraviețuire completă în modelul de sindrom Dravet
În modelul de sindrom Dravet, șoarecii aveau o singură copie funcțională a genei Scn1a, ceea ce îi lăsa fără o proteină necesară pentru semnalizarea normală în creier. Cercetătorii au injectat pachetul viral în spațiile pline cu lichid din creierul șoarecilor nou-născuți. Tratamentul a crescut nivelurile proteinei la valori normale sau peste normal și a redus crizele convulsive.
Toți cei 31 de șoareci tratați au supraviețuit perioadei de observație de aproximativ 100 de zile, comparativ cu circa 60% dintre cei 30 de șoareci din modelul bolii care au primit o injecție de control.
O proteină substitut pentru distrofia musculară Duchenne
Pentru distrofia musculară Duchenne, echipa a urmat o soluție diferită. Boala implică pierderea distrofinei, o proteină care ajută la protejarea celulelor musculare, astfel că cercetătorii au stimulat utrofina, o proteină înrudită care poate prelua unele dintre funcțiile distrofinei. Șoarecii în vârstă de două săptămâni au primit tratamentul intravenos.
Aceștia au avut o forță de prindere mai mare, au rezistat mai mult pe o tijă rotativă și au opus mai bine oboselii musculare comparativ cu șoarecii de control. Beneficiile au persistat la șase luni după tratament, când testele au arătat că forța de prindere și performanța pe tija rotativă erau similare cu cele ale șoarecilor sănătoși.
Un experiment separat a combinat activarea utrofinei cu activarea unei gene implicate în creșterea masei musculare. Terapia a produs beneficii suplimentare modeste, ceea ce sugerează că o capacitate de încărcare suplimentară ar putea susține combinarea mai multor ținte.
Testări suplimentare și evaluarea efectelor secundare
Sunt necesare teste suplimentare pe diferite modele de boală și la diferite doze, iar pentru că ambele experimente principale au fost realizate pe șoareci foarte tineri, siguranța modificării activității mai multor gene trebuie analizată mai atent. Autorii notează că „transpunerea clinică necesită o evaluare cuprinzătoare a efectelor off-target” și verificarea unor efecte nedorite dincolo de țintele vizate.
Cu toate acestea, strategia versatilă, „tot-într-unul”, a platformei smCRISPRa reprezintă o cale promițătoare pentru tratarea diverselor tulburări genetice. Pachetul compact le oferă cercetătorilor spațiu pentru a testa combinații care ar putea ajuta celulele în moduri complementare: producerea unei cantități mai mari dintr-o proteină disponibilă, recrutarea unui substitut sau întărirea unei alte componente a aceluiași țesut.
