Nova técnica busca o genoma para genes que combatem a doença

Os pesquisadores do MIT adaptaram o sistema de edição do genoma CRISPR para identificar genes que protegem as células de uma proteína associada à doença de Parkinson

12 October 2017 - Usando uma versão modificada do sistema de edição do genoma CRISPR, os pesquisadores do MIT desenvolveram uma nova maneira de pesquisar genes que protegem contra doenças específicas.

CRISPR normalmente é usado para editar ou excluir genes de células vivas. No entanto, a equipe do MIT o adaptou para ativar ou desligar aleatoriamente conjuntos de genes distintos em grandes populações de células, permitindo que os pesquisadores identifiquem genes que protegem as células de uma proteína associada à doença de Parkinson.

A nova tecnologia, descrita na revista Molecular Cell, oferece uma nova maneira de buscar alvos de drogas para muitas doenças, não apenas Parkinson, diz Timothy Lu, professor associado do MIT de engenharia elétrica e informática e de engenharia biológica.

"O estado da arte agora está direcionando dois ou três genes simultaneamente e depois olhando os efeitos, mas pensamos que talvez os conjuntos de genes que precisam ser modulados para abordar algumas dessas doenças são realmente mais amplos do que isso", diz Lu , que é o autor principal do estudo.

Os principais autores do papel são postdocção Ying-Chou Chen e estudante de pós-graduação Fahim Farzadfard.

Ativando ou desativando genes
O sistema de edição de genoma CRISPR consiste em uma enzima de corte de DNA chamada Cas9 e linhas de guia de RNA curtas que visam sequências específicas do genoma, dizendo a Cas9 onde fazer seus cortes. Usando esse processo, os cientistas podem fazer mutações específicas nos genomas dos animais vivos, excluindo genes ou inserindo novos.

No novo estudo, a equipe do MIT desativou a habilidade de corte de Cas9 e projetou a proteína de modo que, depois de se ligar a um site alvo, recruta fatores de transcrição (proteínas que são necessárias para ativar genes).

Ao entregar esta versão do Cas9 juntamente com a cadeia de ARN guia em células individuais, os pesquisadores podem segmentar uma seqüência genética por célula. Cada RNA guia pode atingir um único gene ou múltiplos genes, dependendo da sequência guia particular. Isso permite que os pesquisadores criem aleatoriamente todo o genoma para genes que afetam a sobrevivência celular.

"O que decidimos fazer foi assumir uma abordagem completamente imparcial em que, em vez de direcionar os genes individuais de interesse, expressaríamos guias randomizados dentro da célula", diz Lu. "Usando essa abordagem, podemos examinar os RNAs guia que têm atividades de proteção excepcionalmente fortes em um modelo de doença neurodegenerativa".

Os pesquisadores implantaram essa tecnologia em células de levedura que são geneticamente modificadas para produzir uma proteína associada à doença de Parkinson, conhecida como alfa-sinucleína. Esta proteína, que forma aglomerados no cérebro de pacientes com Parkinson, é normalmente tóxica para células de levedura.

Usando esta tela, a equipe do MIT identificou uma cadeia de RNA guia que teve um efeito muito poderoso, mantendo as células vivas muito mais efetivamente do que qualquer um dos genes individuais que foram previamente encontrados para proteger esse tipo de célula de levedura.

Outro rastreio genético revelou que muitos dos genes ativados por esta cadeia de RNA guia são proteínas chaperonas, que ajudam outras proteínas a se dobrar na forma correta. Os pesquisadores levantam a hipótese de que essas proteínas chaperonas podem auxiliar na dobragem adequada da alergia alfa, o que poderia impedir a formação de aglomerados.

Outros genes ativados pelo guia RNA codificam proteínas mitocondriais que ajudam as células a regular seu metabolismo energético e o tráfico de proteínas que estão envolvidas na embalagem e no transporte de outras proteínas. Os pesquisadores agora estão investigando se o RNA do guia gira cada um desses genes individualmente ou se ele ativa um ou mais genes reguladores que então ativam os outros.

Efeitos de proteção
Uma vez que os pesquisadores identificaram esses genes em leveduras, eles testaram os equivalentes humanos em neurônios humanos, cultivados em um prato de laboratório, que também sobreproduzem alfa-sinucleína. Esses genes humanos também foram protetores contra a morte induzida por alfa-sinucleína, sugerindo que valem a pena testar como tratamentos de terapia genética para a doença de Parkinson, diz Lu.

Wilson Wong, professor assistente de engenharia biomédica na Universidade de Boston, diz que o estudo destaca as diversas aplicações para as quais o CRISPR / Cas9 pode ser usado.

"Também é interessante ver que eles poderiam usar o fermento como ponto de partida de uma tela genética e identificar RNAs guia que são protetores para a toxicidade alfa-sinucleína em células de mamíferos", diz Wong, que não estava envolvido na pesquisa. "Este trabalho poderia abrir caminho para o uso de RNAs guia aleatorizados e leveduras para interrogar biologia humana complexa".

O laboratório de Lu agora está usando essa abordagem para detectar genes relacionados a outros distúrbios e os pesquisadores já identificaram alguns genes que parecem proteger contra certos efeitos do envelhecimento. Original em inglês, tradução Google, revisão Hugo. Fonte: MyScience.