Los investigadores del Broad Institute han mejorado la edición de genes para insertar eficientemente genes completos en células humanas, ofreciendo la posibilidad de terapias monogénicas para enfermedades como la fibrosis quística. Este método combina la edición principal con nuevas enzimas para aumentar la eficiencia de la edición, revolucionando potencialmente la terapia génica.

La técnica de edición de genes emplea editores maestros junto con enzimas avanzadas conocidas como recombinasas. Este método tiene el potencial de conducir a terapias genéticas universales que sean efectivas para enfermedades como la fibrosis quística.

Investigadores del Broad Institute del MIT y Harvard han mejorado una tecnología de edición de genes que ahora puede insertar o reemplazar genes completos de manera eficiente en los genomas de células humanas, lo que la hace potencialmente adecuada para usos terapéuticos.

El avance, del laboratorio de David Liu, miembro de Broad Core, algún día podría ayudar a los investigadores a desarrollar una terapia genética única para enfermedades como la fibrosis quística, que son causadas por una entre cientos o miles de mutaciones diferentes en un gen. Utilizando este nuevo enfoque, insertarían una copia sana del gen en su ubicación nativa en el genoma, en lugar de tener que crear una terapia genética diferente para corregir cada mutación utilizando otros enfoques de edición de genes que realizan ediciones más pequeñas.

El nuevo método utiliza una combinación de edición principal, que puede realizar directamente una amplia gama de ediciones de hasta aproximadamente 100 o 200 pares de bases, y enzimas recombinasas recientemente desarrolladas que insertan de manera eficiente grandes trozos de ADN miles de pares de bases de longitud en ubicaciones específicas del genoma. Este sistema, llamado eePASSIGE, puede realizar ediciones del tamaño de genes varias veces más eficientemente que otros métodos similares, y se informa en Ingeniería Biomédica de la Naturaleza.

«Hasta donde sabemos, este es uno de los primeros ejemplos de integración de genes específicos programables en células de mamíferos que cumple con criterios clave de posible relevancia terapéutica», dijo Liu, autor principal del estudio, profesor Richard Merkin y director del Instituto Merkin de Transformación. Technologies in Healthcare en Broad, profesor de la Universidad de Harvard e investigador del Instituto Médico Howard Hughes. «Con estas eficiencias, esperamos que muchas, si no la mayoría, de las enfermedades genéticas por pérdida de función puedan mejorarse o rescatarse, si las eficiencias que observamos en células humanas cultivadas se pueden traducir a un entorno clínico».

La estudiante de posgrado Smriti Pandey y el investigador postdoctoral Daniel Gao, ambos en el grupo de Liu, fueron coautores del estudio, que también fue una colaboración con el grupo de Mark Osborn en la Universidad de Minnesota y el grupo de Elliot Chaikof en el Centro Médico Beth Israel Deaconess.

«Este sistema ofrece oportunidades prometedoras para terapias celulares, donde se puede utilizar para insertar genes con precisión en células fuera del cuerpo antes de administrarlos a pacientes para tratar enfermedades, entre otras aplicaciones», dijo Pandey.

«Es emocionante ver la alta eficiencia y versatilidad de eePASSIGE, que podría permitir una nueva categoría de medicamentos genómicos», añadió Gao. «También esperamos que sea una herramienta que los científicos de toda la comunidad científica puedan utilizar para estudiar cuestiones biológicas básicas».

Mejoras clave

Muchos científicos han utilizado la edición primaria para instalar de manera eficiente cambios en el ADN que tienen hasta decenas de pares de bases de largo, suficiente para corregir la gran mayoría de las mutaciones patógenas conocidas. Pero introducir genes sanos completos, a menudo de miles de pares de bases de largo, en su ubicación nativa en el genoma ha sido un objetivo de larga data en el campo de la edición de genes. Esto no sólo podría tratar potencialmente a muchos pacientes, independientemente de la mutación que tengan en un gen que causa la enfermedad, sino que también preservaría las secuencias de ADN circundantes, lo que aumentaría la probabilidad de que el gen recién instalado estuviera regulado adecuadamente, en lugar de ser expresado de forma arbitraria. , muy poco o en el momento equivocado.

En 2021, el laboratorio de Liu informó un paso clave hacia este objetivo y desarrolló un enfoque de edición principal llamado twinPE, que instaló “lugares de aterrizaje” de recombinasa en el genoma y luego utilizó enzimas de recombinasa naturales como Bxb1, para catalizar la inserción de nuevo ADN en el genoma. genoma principal. sitios de destino editados.

La empresa de biotecnología Prime Medicine, cofundada por Liu, pronto comenzó a utilizar esta tecnología, a la que denominaron PASSIGE (edición genética de integrasa específica del sitio asistida por edición primaria), para desarrollar tratamientos para enfermedades genéticas.

PASSIGE instala ediciones en sólo una modesta fracción de células, lo que es suficiente para tratar algunas, pero probablemente no la mayoría, de las enfermedades genéticas que resultan de la pérdida de un gen funcional. Por lo tanto, el equipo de Liu, en el nuevo trabajo publicado hoy, decidió aumentar la eficiencia de edición de PASSIGE. Descubrieron que la enzima recombinasa Bxb1 era la culpable de limitar la eficacia de PASSIGE. Luego utilizaron una herramienta previamente desarrollada por el grupo de Liu llamada RITMO (evolución continua asistida por fagos) para desarrollar rápidamente versiones más eficientes de Bxb1 en el laboratorio.

La variante Bxb1 recientemente desarrollada y diseñada (eeBxb1) mejoró el método eePASSIGE para integrar un promedio del 30 por ciento de la carga del tamaño del gen en células humanas y de ratón, cuatro veces más que la técnica original y aproximadamente 16 veces más que otra publicada recientemente. método. llamada CARPETA.

«El sistema eePASSIGE proporciona una base prometedora para estudios que integran copias de genes sanos en sitios de nuestra elección en modelos celulares y animales de enfermedades genéticas para tratar trastornos de pérdida de función», dijo Liu. «Esperamos que este sistema sea un paso importante hacia la realización de los beneficios de la integración genética dirigida a los pacientes».

Con ese objetivo en mente, el equipo de Liu ahora está trabajando para combinar eePASSIGE con sistemas de entrega como partículas similares a virus diseñadas (eVLP) que pueden superar obstáculos que tradicionalmente han limitado la administración terapéutica de editores de genes en el cuerpo.

Referencia: “Integración eficiente de sitios específicos de genes grandes en células de mamíferos mediante recombinasas en evolución continua y edición primaria” por Smriti Pandey, Xin D. Gao, Nicholas A. Krasnow, Amber McElroy, Y. Allen Tao, Jordyn E. Duby, Benjamin J. Steinbeck, Julia McCreary, Sarah E. Pierce, Jakub Tolar, Torsten B. Meissner, Elliot L. Chaikof, Mark J. Osborn y David R. Liu, 10 de junio de 2024. Ingeniería Biomédica de la Naturaleza.
DOI: 10.1038/s41551-024-01227-1

Este trabajo fue apoyado en parte por Instituto Nacional de Saludla Fundación Bill y Melinda Gates y el Instituto Médico Howard Hughes.