A edição do gene CRISPR está condenada, mesmo quando a terapia gênica entra na clínica?

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Anonim

Qualquer pessoa que assistisse ao recente segmento dos 60 Minutos no CRISPR concluiria que a tecnologia de edição de genes está prestes a derramar uma cascata de curas. Mas um estudo recente revela uma bagunça de peças cromossômicas desaparecidas e movimentadas após a implantação da famosa "tesoura molecular".

Inventado em 2012, CRISPR brilhantemente empresta uma defesa bacteriana contra a infecção. As "repetições palindrômicas curtas agrupadas entre os espaçamentos regulares" são seqüências simples de DNA que servem como pistas de aterrissagem em um genoma onde os "RNAs guia" manipulados entregam uma enzima a um gene desejado, alterando-o ou obliterando-o. Quando a enzima corta a dupla hélice, o reparo natural do DNA segue. Cas9 é uma enzima frequentemente usada.

Ao contrário da terapia genética convencional que adiciona um gene, às vezes pairando em um loop de DNA fora de um cromossomo, CRISPR troca ou remove um gene em um local preciso. Mas levou 27 anos para o FDA aprovar a primeira terapia genética, Luxturna, para tratar uma forma específica de cegueira hereditária, em dezembro passado. Portanto, os medicamentos CRISPRed não chegarão às prateleiras da CVS ou da Walgreen tão cedo.

O novo relatório, da Nature Biotechnology, de pesquisadores do Wellcome Sanger Institute, não é o primeiro a encontrar uma falha CRISPR, e certamente não será o último.

Em experimentos com células, Allan Bradley, Michael Kosicki e Kärt Tomberg olharam para além do local de pouso pretendido pela CRISPR, como procurar por erros em partes de um livro além de um erro de digitação conhecido. Eles encontraram vastas extensões de textos perdidos, adicionados e revirados, alguns até arrancados e divididos em diferentes capítulos, uma metáfora para diferentes endereços cromossômicos. E embora os efeitos "fora do alvo" sejam bem conhecidos e pequenos problemas com o CRISPR tenham sido corrigidos - enzimas mais seguras, métodos de entrega e ferramentas de detecção - estudos anteriores podem ter interrogado os montículos, enquanto perdiam as montanhas.

Em vez de usar as células cancerígenas de estudos anteriores que podem ter alterações no reparo do DNA e nos cromossomos, os pesquisadores alvejaram um gene bem estudado em células-tronco de camundongos e células da retina humana "imortalizadas" para se dividir. Ambos são "substitutos de várias aplicações de edição clínica".

Como um avião batendo em um milharal, o CRISPR-Cas9 aterrissando nas células explodiu milhares de bases de DNA em um trecho, o maior de 9.500. O dano reverberou do alvo, provocando o caos cromossômico, enquanto as mutações de base única (SNPs) surgiram também, mesmo além dos locais cortados. Muitas vezes, mais de uma coisa deu errado. Os ataques poderiam matar uma célula ou enviá-la em um caminho para o câncer.

Deleções podem expor variantes genéticas recessivas que de outra forma estariam escondidas; inserções e translocações alteram os controles genéticos onde quer que eles ocorram. O alijamento de um gene em um local próximo a um oncogene pode criar um primeiro "hit" mutacional que se torna câncer mais tarde na vida quando ocorre uma segunda mutação. "No contexto clínico de editar muitos bilhões de células, a multiplicidade de mutações diferentes geradas torna provável que uma ou mais células editadas em cada protocolo sejam dotadas de uma lesão patogênica importante", os pesquisadores supõem.

Os experimentos tiveram vários controles e verificações: um método de entrega diferente (eletroporação ao invés de vetores virais); genes alvos diferentes; híbridos de camundongos com conjuntos de cromossomos facilmente diferenciados, como colocar meias brancas e pretas em um secador e sair com remendos; e repetindo as intervenções quatro vezes. "A diversidade de possíveis resultados de eliminação é vasta", concluem os pesquisadores.

Repercussões?

Será que esse arpão imprevisível de genomas editados retardará a trajetória para a clínica, ou pelo menos amenizará a campanha publicitária? Pontos de vista variam.

Steve Gray, pioneiro em terapia genética na Universidade da Carolina do Norte e no Southwestern Medical Center da Universidade do Texas, contrasta o CRISPR sprint com a maratona de terapia genética. "Questões de segurança claras e significativas estão envolvidas que, no meu conhecimento, não foram abordadas. A tecnologia é muito excitante, mas CRISPR poderia aprender com a história da terapia genética sobre as conseqüências de se mover rápido demais enquanto a biologia básica e os riscos não são totalmente compreendidos ".

Steve Gray compara vetores virais a caminhões da FedEx, entregando pacotes. Se a terapia gênica convencional distribui um pacote para um prédio, então a edição genética o entregaria a uma gaveta específica em uma mesa específica.

A Gray foi pioneira em terapias genéticas para a doença de Batten, síndrome de Rett, doença de Tay-Sachs, síndrome de Krabbe e neuropatia axonal gigante, a última em ensaios clínicos. O campo da terapia gênica parou após a morte de um jovem de 18 anos em um ensaio clínico em 1999 e a leucemia como um efeito colateral em outro estudo dois anos depois, relatado em meu livro The Forever Fix: Terapia Gênica e o Garoto Who. Salvei.

As empresas que desenvolvem CRISPR minimizam o perigo, apontando para o fato de que os cromossomos quebrados fazem parte do reparo natural do DNA. Explica a Intellia Therapeutics Jennifer Smoter, "A Intellia não acredita que essas descobertas tenham impacto significativo no caminho para terapias baseadas em CRISPR. O DNA em células normais está passando por rupturas, reparos e outros rearranjos continuamente, sem outra intervenção. O fenômeno de maior as deleções de quebras de DNA são conhecidas no campo.As células divididas usam reparo de alta fidelidade que remove trechos mais longos de DNA que flanqueiam uma quebra de fita dupla, e essas deleções observadas podem surgir desse processo. " O efeito "seria visto em qualquer tecnologia de edição de genoma ou em quebras naturais". Ou seja, os problemas são com respostas naturais de dano / reparo do DNA, não com as ferramentas.

A Intellia realiza pesquisas pré-clínicas em algumas doenças de um único gene e cânceres, usando um sistema de entrega de nanopartículas lipídicas. Até agora, experimentos em ratos e macacos não mostram sinais de câncer, mas a empresa está alvejando as células do fígado, e não as células de divisão rápida que os pesquisadores de Sanger usaram. A escolha da célula pode explicar as grandes exclusões, acrescenta Smoter.

Cristi Barnett, porta-voz da Editas Medicine, ecoa que "a geração de alterações genômicas não intencionais, incluindo aquelas descritas pelos autores, é aplicável a todas as abordagens de medicina genômica, de abordagens aleatórias baseadas em inserção lentiviral, como usadas na terapia CAR-T abordagens de corte genômico, como nucleases de dedo de zinco, mega-TALs e CRISPR. "

Os experimentos pré-clínicos da empresa estão eliminando as intervenções que alteram adversamente as células de relevância terapêutica, acrescenta Barnett. "Uma das grandes coisas sobre a CRISPR é que há tanto interesse nela e muitas pessoas trabalhando nisso. Mas, novamente, estamos cientes e não especificamente preocupados com essa última pesquisa de banco enquanto trabalhamos para fazer CRISPR medicamentos baseados em

O CRISPR poderia ser mais seguro para as células que não se dividem?

Eric Olson, professor e presidente do departamento de biologia molecular da Universidade do Texas Southwestern Medical Center, acha que sim. Sua equipe usa CRISPR para corrigir mutações da distrofia muscular de Duchenne em camundongos e em células do músculo cardíaco humano, que não se dividem, usando uma molécula auxiliar diferente (Cpf1). "Os resultados deste (novo) artigo não devem ser sobre-interpretados. Este relatório é uma nota de advertência, mas não um obstáculo para o progresso, para distúrbios devastadores dos músculos." Como as células musculares não se dividem, elas não podem se tornar cancerosas ou transmitir genes danificados.

Olhando para frente

Edição de gene CRISPR tem um número assustador de variáveis ​​para otimizar se qualquer abordagem vai chegar à clínica. Estratégias podem usar diferentes mecanismos de reparo; rotas de entrega; tipos de células; genes alvo; tesoura molecular; e guiar os RNAs.

Em contraste com as alegações do episódio dos 60 Minutos, a lista de terapias utilizando CRISPR em ClinicalTrials.gov é apenas 17 entradas, algumas bizarras. A lista inclui um experimento sobre as entranhas desencarnadas; uma investigação de "conhecimentos, atitudes e crenças" de pais de crianças com doença falciforme; e um estudo de história natural de uma intolerância hereditária à anestesia que nada tem a ver com a edição de genes. A maioria é da China, seja lá o que isso signifique. Mas é claro que o hype está muito à frente da realidade.

A palavra final sobre o futuro da edição do gene CRISPR vai para o francês Anderson, que liderou o primeiro ensaio clínico para uma terapia genética, para tratar uma deficiência imune hereditária, em 1990.

"A situação com CRISPR-Cas9 é análoga a muitas novas tecnologias disruptivas. Inicialmente há uma enorme excitação por causa das novas possibilidades. Então efeitos colaterais prejudiciais são descobertos e a excitação é drasticamente reduzida. Após um longo e árduo trabalho, o valor total da tecnologia Isso é exatamente o que aconteceu na terapia genética. CRISPR-Cas9 é uma tecnologia muito poderosa que será usada extensivamente no futuro. O inesperado dano genômico é simplesmente um problema a ser resolvido ”.

Concordo. Com o tempo e as ferramentas moleculares certas, CRISPR vai encontrar o seu caminho - assim como a terapia genética.

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