En la imagen, parte del cerebro de un ratón adulto. En azul se muestran los núcleos de las células y, en verde, las neuronas editadas genéticamente. / Salk Institute for Biological Studies

Una nueva tecnología de edición de genes restaura parcialmente la visión en animales ciegos

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Científicos del Salk Institute for Biological Studies, en colaboración, entre otros, con investigadores del Hospital Clínic de Barcelona-IDIBAPS y la Universidad Católica San Antonio de Murcia, han descubierto una importante herramienta para la edición de genes. Es la primera vez que se consigue insertar ADN en una localización concreta en células que no se dividen, es decir, las células de la mayor parte de los órganos y tejidos adultos. Esta técnica, con la que el equipo de investigadores ha conseguido restablecer parcialmente la visión en roedores ciegos, abre nuevas vías para la investigación básica y para el desarrollo de una gran variedad de tratamientos en enfermedades de la retina, neurológicas o cardiacas. El estudio, dirigido por el Dr. Juan Carlos Izpisua-Belmonte, profesor del Laboratorio de Expresión Genética del Salk Institute, lo publica la revista Nature.

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Fuente: Salk Institute for Biological Studies

Hasta ahora, las técnicas existentes para modificar el ADN, como el sistema CRISPR-Cas9, han sido más eficaces en células en división, como las de la piel o el intestino, utilizando los mecanismos propios de copia de las células. La nueva tecnología Salk es diez veces más eficiente que otros métodos para incorporar nuevos ADN en cultivos de células en división, lo que la convierte en una herramienta prometedora para la investigación y la medicina. Pero, lo que es más importante, la técnica del Salk permite por primera vez insertar un nuevo gen en una localización exacta del ADN en células adultas que ya no se dividen, como las del ojo, cerebro, páncreas o corazón, ofreciendo nuevas posibilidades para terapéuticas en estas células.

La técnica del Salk permite por primera vez insertar un nuevo gen en una localización exacta del ADN en células adultas que ya no se dividen

“Estamos entusiasmados con la tecnología que hemos descubierto porque es algo que no se podía hacer antes“, explica el Dr. Juan Carlos Izpisúa-Belmonte. “Por primera vez, podemos entrar en células que no se dividen y modificar el ADN. Las posibles aplicaciones de este descubrimiento son enormes“. Por su parte, el Dr. Josep Maria Campistol, Director General del Hospital Clínic de Barcelona y nefrólogo que ha participado en el estudio, comenta que “esta innovadora tecnología abrirá nuevos horizontes en el tratamiento de enfermedades monogénicas. El Dr. Izpisúa-Belmonte y su equipo están realizando importantísimas aportaciones en este campo”.

Para lograrlo, los investigadores del Salk Institute se han centrado en una vía celular de reparación de la doble hebra ADN denominada recombinación no homóloga o unión de extremos no homólogos (NHEJ, por sus siglas en inglés). Emparejando este proceso con la tecnología existente de edición de genes, han conseguido colocar con éxito el nuevo ADN en una ubicación precisa en células que no se dividen. “El uso de la vía de NHEJ para insertar ADN es revolucionario para la edición del genoma de organismos adultos vivos. Nadie ha hecho esto antes”, explica Keiichiro Suzuki, investigador asociado en el laboratorio del Dr. Izpisúa-Belmonte y uno de los autores principales del artículo.

En primer lugar, los investigadores trabajaron en la optimización de la maquinaria NHEJ para su uso con el sistema CRISPR-Cas9, que permite insertar el ADN en lugares muy precisos dentro del genoma. El equipo creó un paquete de inserción personalizado compuesto por un cóctel de ácidos nucleicos, al que denominaron HITI (homology-independent targeted integration). Después, utilizaron un virus inerte para entregar el paquete de instrucciones genéticas de HITI a neuronas derivadas de células madre embrionarias humanas.

“Ese fue el primer indicio de que HITI podría funcionar en células que no se dividen”, señala Jun Wu, co-autor principal del estudio. Los investigadores entonces consiguieron transportar el paquete de inserción a cerebros de ratones adultos. Por último, para explorar la posibilidad de utilizar HITI para la terapia de reemplazo de genes, el equipo probó la técnica en un modelo de rata para retinitis pigmentosa, un trastorno hereditario causado por diversos defectos genéticos y que provoca ceguera en los seres humanos. Esta vez, el equipo utilizó HITI para implantar en las células de la retina de ratas de 3 semanas de edad, una copia funcional de uno de los genes dañados en esta enfermedad. El análisis, realizado cuando las ratas tenían 8 semanas de edad, mostró que los animales eran capaces de responder a la luz y se llevaron a cabo diversas pruebas que indicaban la curación en sus células retinianas.

El análisis mostró que los animales eran capaces de responder a la luz y se llevaron a cabo diversas pruebas que indicaban la curación en sus células retinianas

“Hemos sido capaces de mejorar la visión de estas ratas ciegas”, explica Reyna Hernández-Benítez, otra de las co-autoras principales del estudio e investigadora en el Salk Institute. “Este éxito sugiere que la tecnología es muy prometedora“.

Los próximos pasos del equipo serán mejorar la eficiencia de entrega del paquete de HITI. Al igual que con todas las tecnologías de edición del genoma, conseguir suficientes células para incorporar el nuevo ADN es un desafío. En lo que la tecnología HITI destaca es en que se puede adaptar a cualquier sistema de ingeniería genómica, no sólo a CRISPR-Cas9. Así, a medida que la seguridad y la eficiencia de estos sistemas mejoren, también mayor será la utilidad de HITI.

“Ahora tenemos una tecnología que nos permite modificar el ADN de las células que no se dividen para reparar defectos en genes en el cerebro, el corazón y el hígado“, señala el Dr. Izpisúa-Belmonte. “Nos permite por primera vez poder soñar con curar enfermedades que antes no podíamos, lo que es muy emocionante“.

En el estudio han colaborado, además del Dr. Josep Maria Campistol, los Dres. Jeronimo Lajara, Estrella Núñez y Pedro Guillén, investigadores de la Universidad Católica San Antonio de Murcia.

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Referencia bibliográfica: 
In vivo genome editing via CRISPR/Cas9 mediated homology-independent targeted integrationKeiichiro Suzuki, Yuji Tsunekawa, Reyna Hernandez-Benitez, Jun Wu, Jie Zhu, Euiseok J. Kim, Fumiyuki Hatanaka, Mako Yamamoto, Toshikazu Araoka, Zhe Li, Masakazu Kurita, Tomoaki Hishida, Mo Li, Emi Aizawa, Shicheng Guo, Song Chen, April Goebl, Rupa Devi Soligalla, Jing Qu, Tingshuai Jiang, Xin Fu, Maryam Jafari, Concepcion Rodriguez Esteban, W. Travis Berggren, Jeronimo Lajara, Estrella Nuñez-Delicado, Pedro Guillen, Josep M. Campistol, Fumio Matsuzaki, Guang-Hui Liu, Pierre Magistretti, Kun Zhang, Edward M. Callaway, Kang Zhang & Juan Carlos Izpisua BelmonteNature (2016) doi:10.1038/nature20565

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