Descubierta una nueva tecnología CRISPR que se dirige al ARN y puede ser eficaz para luchar contra el coronavirus

ARN mensajero y micro ARN en el interior
de células en cultivo. Ryan Jeffs /
 CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Las pruebas genéticas basadas en CRISPR han ayudado a los científicos a identificar genes que son actores clave en la anemia falciforme, la inmunoterapia del cáncer, la metástasis del cáncer de pulmón y muchas otras enfermedades. Sin embargo, esta estrategia genética tiene un alcance limitado: sólo puede editar o dirigirse al ADN. Para muchas regiones del genoma humano, el ADN dirigido puede no ser efectivo, y otros organismos, como los virus de ARN, como el coronavirus o la gripe, no pueden ser atacados con la estrategia CRISPR dirigida al ADN existente.

Ahora, en una nueva estrategia importante para la comunidad científica publicada el 16 de marzo en la revista Nature Biotechnology, los investigadores del laboratorio de Neville Sanjana, PhD, en el Centro del Genoma de Nueva York y la Universidad de Nueva York han desarrollado un nuevo tipo de tecnología de criba CRISPR para apuntar al ARN.

Los investigadores se aprovecharon de una enzima CRISPR recientemente caracterizada llamada Cas13 que se dirige al ARN en lugar del ADN. Usando Cas13, diseñaron una plataforma optimizada para realizar cribas genéticas masivamente paralelas a nivel de ARN en células humanas. Esta tecnología de detección se puede utilizar para comprender muchos aspectos de la regulación de ARN e identificar la función de los ARN no codificantes, que son moléculas de ARN que se producen pero no codifican proteínas.

Al dirigirse a miles de sitios diferentes en las transcripciones de ARN humano, los investigadores desarrollaron un modelo predictivo basado en aprendizaje automático para acelerar la identificación de los ARN guía de Cas13 más efectivos. La nueva tecnología está disponible para los investigadores a través de un sitio web interactivo y una caja de herramientas de código abierto para predecir las eficiencias de ARN guía para objetivos de ARN personalizados y proporciona ARN guía prediseñados para todos los genes codificadores de proteínas humanas.

"Anticipamos que las enzimas Cas13 dirigidas al ARN tendrán un gran impacto en la biología molecular y en las aplicaciones médicas, pero se sabe poco sobre el diseño del ARN guía para una alta eficacia de la orientación", dijo el Dr. Sanjana, autor principal del estudio. "Nos propusimos cambiar eso a través de un estudio profundo y sistemático para desarrollar principios clave y modelos predictivos para un diseño de guía más efectivo".

El Dr. Sanjana es miembro principal de la facultad en el Centro del Genoma de Nueva York, profesor asistente de biología en la Universidad de Nueva York y profesor asistente de neurociencia y fisiología en la Facultad de medicina de la Universidad de Nueva York.

Las enzimas Cas13 son enzimas CRISPR Tipo VI (repeticiones palindrómicas cortas agrupadas regularmente y espaciadas regularmente) que recientemente se han identificado como proteínas programables dirigidas al ARN, dirigidas al ARN con actividad nucleasa que permite la eliminación del gen objetivo sin alterar el genoma. Esta propiedad convierte a Cas13 en un agente terapéutico potencialmente significativo para influir en la expresión génica sin alterar permanentemente la secuencia del genoma.

"Este es el tipo de innovación tecnológica que fomentamos y desarrollamos en el Centro del Genoma de Nueva York. Esta última tecnología CRISPR del Sanjana Lab tiene implicaciones emocionantes para avanzar en los campos de la genómica y la medicina de precisión", dijo Tom Maniatis, PhD, Evnin Family. Director Científico y Director Ejecutivo, Centro del Genoma de Nueva York.

El científico posdoctoral Hans-Hermann Wessels y el estudiante de doctorado Alejandro Méndez-Mancilla, coautores del estudio, desarrollaron un conjunto de nuevas herramientas basadas en Cas13 y realizaron una criba de transcripción de mosaico y permutación en células de mamíferos. En total, los investigadores reunieron información para más de 24.000 guías de selección de ARN.

"Hicimos mosaicos de ARN guía a través de muchas transcripciones diferentes, incluidos varios genes humanos donde pudimos medir fácilmente la eliminación de transcripciones mediante tinción de anticuerpos y citometría de flujo", dijo el Dr. Wessels. "En el camino, descubrimos algunas ideas biológicas interesantes que pueden expandir la aplicación de las enzimas Cas13 dirigidas al ARN". Entre los hallazgos del equipo, por ejemplo, hay información sobre qué regiones de la guía de ARN son más importantes para el reconocimiento de un ARN objetivo. Utilizando miles de ARN guía con 1, 2 o 3 desajustes de una sola letra con su ARN objetivo, identificaron una región "semilla" crítica que es extremadamente sensible a los desajustes entre la guía CRISPR y el objetivo. Este descubrimiento ayudará a los científicos a diseñar ARN guía para evitar la actividad fuera del objetivo en los ARN objetivo no deseados. Dado que una célula humana típica expresa aproximadamente 100.000 ARN, la focalización precisa de Cas13 de sólo el objetivo previsto es vital para el cribado y las aplicaciones terapéuticas.

Además de ampliar nuestra comprensión de los objetivos fuera de Cas13, la región "semilla" podría usarse para el desarrollo de biosensores de próxima generación que pueden discriminar con mayor precisión entre especies de ARN estrechamente relacionadas. En total, este estudio aumenta el número de puntos de datos de estudios anteriores de Cas13 en células de mamíferos en más de dos órdenes de magnitud.

"Estamos particularmente entusiasmados de utilizar el sistema de detección Cas13 optimizado para apuntar a los ARN no codificantes", dijo el coautor principal Méndez-Mancilla. "Esto amplía enormemente la caja de herramientas CRISPR para cribados genéticos y transcriptómicos avanzados". En el estudio, los investigadores notaron una marcada diferencia en la eliminación de proteínas al dirigirse a diferentes elementos codificadores de proteínas y no codificadores de ARN mensajeros, y encontraron evidencia de que Cas13 compite con otras proteínas de unión al ARN involucradas en el procesamiento y empalme de transcripciones.

El equipo recientemente aprovechó su modelo predictivo de ARN guía para un análisis particularmente crítico: la emergencia de salud pública de COVID-19 se debe a un coronavirus, que contiene un genoma de ARN, no de ADN. Utilizando el modelo derivado de sus cribados paralelos masivos, los investigadores han identificado ARN guías óptimos que podrían usarse para futuras aplicaciones terapéuticas y de detección.

Fuente de la noticia: New York Genome Center. "New kind of CRISPR technology to target RNA, including RNA viruses like coronavirus." ScienceDaily. ScienceDaily, 16 March 2020.