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Novo sistema de edição genética poderia rastrear doenças complexas
O genoma humano consiste em cerca de 3 bilhões de pares de bases e os humanos são 99,6% idênticos em sua composição genética. Os outros 0,4% respondem por qualquer diferença entre uma pessoa e outra. Combinações específicas de mutações nesses pares de bases contêm pistas importantes sobre as causas de problemas de saúde complexos, incluindo doenças cardíacas e doenças neurodegenerativas como a esquizofrenia. Mas os métodos atuais para modelar ou corrigir mutações em células vivas são ineficientes, especialmente durante a multiplexação – instalando múltiplas mutações pontuais simultaneamente em todo o genoma.
Recentemente, pesquisadores da Universidade da Califórnia em San Diego (UCSD), nos Estados Unidos, desenvolveram novas e eficientes ferramentas de edição de genoma, chamadas Editores de Base Ortogonal Multiplexada (MOBEs), para instalar múltiplas mutações pontuais de uma só vez. O trabalho, liderado pelo laboratório do Dr. Alexis Komor, professor de Química e Bioquímica da UCSD, foi publicado na revista científica Nature Biotechnology.
A equipe do professor Komor estava especialmente interessada em comparar genomas que diferem em uma única mudança de letra no DNA. Essas letras – C (citosina), T (timina), G (guanina), A (adenosina) – são conhecidas como bases. Onde uma pessoa tem base C, outra pessoa pode ter base T. Estas são variantes de nucleotídeo único (SNVs) ou mutações de ponto único: uma pessoa pode ter de 4 a 5 milhões de variantes. Algumas variantes são inofensivas; alguns são prejudiciais; e muitas vezes é uma combinação de variantes que confere uma doença.
Um problema com o uso do genoma na modelagem de doenças é o grande número de variações possíveis. Se os cientistas estivessem tentando determinar quais mutações genéticas eram responsáveis pelas doenças cardíacas, eles poderiam decodificar os genomas de uma coorte em que todos tivessem doenças cardíacas, mas o número de variações entre duas pessoas torna muito difícil determinar qual combinação de variações causa a doença.
“Há um problema na interpretação das variantes genéticas. Na verdade, a maioria das variantes identificadas não são classificadas clinicamente, por isso nem sabemos se são patogênicas ou benignas”, afirmou o Dr. Quinn T. Cowan, primeiro autor do artigo. “Nosso objetivo era criar uma ferramenta que pudesse ser usada na modelagem de doenças, instalando múltiplas variantes em um ambiente de laboratório controlado, onde pudessem ser estudadas mais detalhadamente.”
Uma evolução na edição genética
Para entender por que os MOBEs foram criados, deve-se compreender as limitações da ferramenta tradicional de edição genética CRISPR-Cas9. A CRISPR-Cas9 usa um RNA guia, que atua como um sinal de GPS que vai direto para a localização genômica que você deseja editar. Cas9 é a enzima de ligação ao DNA que corta ambas as fitas do DNA.
Embora relativamente simples, as quebras de fita dupla podem ser tóxicas para as células. Este tipo de edição genética também pode levar a indels – inserções e exclusões aleatórias – onde a célula não é capaz de se reparar perfeitamente. A edição de vários genes no CRISPR-Cas9 multiplica os riscos.
Em vez da CRISPR, o laboratório do professor Komor utilizou uma técnica de edição de base que eles desenvolveram, que faz uma alteração química no DNA, embora apenas um tipo de edição (C a T ou A a G, por exemplo) possa ser feito por vez. Portanto, em vez de uma tesoura que corta uma seção inteira de uma vez, a edição básica apaga e substitui uma letra por vez. É mais lento, mas mais eficiente e menos prejudicial às células.
A aplicação simultânea de dois ou mais editores de base (alterando C para T em um local e A para G em outro local do genoma) permite uma melhor modelagem de doenças poligênicas – aquelas que ocorrem devido a mais de uma variante genética. No entanto, não existia uma tecnologia que pudesse fazer isso de forma eficiente sem guiar o crosstalk do RNA, que acontece quando os editores de base fazem alterações indesejadas.
Os MOBEs do Dr. Quinn Cowan usam estruturas de RNA chamadas aptâmeros – pequenas alças de RNA que se ligam a proteínas específicas – para recrutar enzimas modificadoras de base para locais genômicos específicos, permitindo a edição simultânea de vários locais com alta eficiência e menor incidência de crosstalk.
Este sistema é novo e é a primeira vez que aptâmeros foram usados para recrutar ABEs (editores de base de adenosina) em combinação com CBEs (editores de base de citosina) em um padrão ortogonal para formar os MOBEs.
Acesse o resumo do artigo científico (em inglês).
Acesse a notícia completa na página da Universidade da Califórnia em San Diego (em inglês).
Fonte: Michelle Franklin, UCSD.
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