A Una sola mutación en el genoma de una persona puede ser la diferencia entre la salud y la enfermedad, y con la edición de bases, los investigadores pueden recrear estas mutaciones en un laboratorio para estudiar cómo los cambios genéticos hacen que las células se vuelvan locas. Pero las bases genéticas de las enfermedades complejas implican múltiples mutaciones, y las estrategias actuales de edición de bases son insuficientes.
“Creemos que es realmente importante caracterizar funcionalmente combinaciones específicas de mutaciones”, dijo Alexis Komorquímico de la Universidad de California en San Diego. “Necesitamos las herramientas para poder multiplexar”.
Desafortunadamente, la multiplexación no es tan fácil como juntar múltiples conjuntos de editores base, especialmente si los investigadores quieren hacer diferentes tipos de ediciones al mismo tiempo: por ejemplo, convertir una citosina en una timina en una posición y una adenina en una guanina en otra posición.
La maquinaria es compleja e incluye tanto una enzima para realizar la modificación deseada en la base como un ARN guía para dirigir el complejo al sitio correcto en el genoma. Pero, cuando hay varios editores de bases en juego al mismo tiempo, el ARN guía destinado a un editor de bases puede interactuar con los componentes del otro editor de bases, llevando el complejo enzimático equivocado a su sitio objetivo y creando el tipo de edición equivocado en ese sitio.
Para solucionar este problema, el equipo de Komor desarrolló cuatro nuevos editor de base ortogonal multiplexado (MOBE) sistemas que permiten a los investigadores realizar múltiples tipos de ediciones al mismo tiempo sin temor a interferencias entre las máquinas para cada modificación.1 Los sistemas, publicados en Biotecnología de la naturalezaabren la puerta a la construcción de modelos para estudiar enfermedades genéticas complejas impulsadas por múltiples mutaciones.
Los investigadores aprovecharon pares complementarios de moléculas de ARN y proteína, llamados aptámeros y proteínas de recubrimiento, que se unen selectivamente entre sí. Al incorporar el aptámero de ARN en el ARN guía y la proteína de recubrimiento en el complejo de proteína editora de bases correspondiente, obligaron a los pares correctos de ARN guía y editor de bases a trabajar juntos y minimizar los emparejamientos incorrectos.
“Cuando lo ideamos, era una idea muy simple, en teoría”, dijo Komor. “Lograr que funcionara y realizar toda la ingeniería de proteínas fue un esfuerzo hercúleo”.
Quinn Cowanun bioquímico del laboratorio de Komor que dirigió el trabajo, probó cientos de configuraciones diferentes de los componentes de ARN y proteína hasta que encontró el enfoque óptimo para maximizar la especificidad de las ediciones y minimizar la diafonía, donde un editor de base realiza su edición en la posición objetivo del otro editor. Por lo general, cuando se combinan editores de base que se dirigen a las adeninas y citosinas, la tasa de diafonía es del 30 por ciento. Pero con MOBE, la diafonía se redujo al cinco por ciento. Hasta una cuarta parte de las células terminaron con el par correcto de ediciones.
“Veo mucha utilidad aquí con esta plataforma”, dijo Krishanu Sahaingeniero biomédico de la Universidad de Wisconsin-Madison, que no participó en este estudio. “Lo emocionante de la estrategia que desarrolló este equipo es lo modular que es”. El sistema se puede utilizar para muchos tipos diferentes de editores de base, e incluso se puede afinar aún más cambiando la forma en que se vinculan los diferentes componentes. Saha también señala que esta modularidad podría facilitar su entrega a las células que otros editores multiplexados más voluminosos.
Mientras que algunos miembros del equipo de Komor mejoran el rendimiento de las enzimas de edición de bases, otros utilizan el sistema para crear modelos genéticos de enfermedades complejas editando múltiples mutaciones subyacentes en líneas celulares. Por ejemplo, en el estudio, los investigadores utilizaron MOBE para editar los pares de mutaciones que causan el síndrome de Kallmann, un trastorno hormonal, y la anencefalia, un trastorno neuronal, en líneas celulares. Luego pudieron estudiar cómo estas mutaciones afectaban a las características de las células, como sus perfiles transcripcionales o morfología.
Saha es optimista sobre las posibles aplicaciones de MOBE en su propio trabajo de creación de terapias celulares. Ciertas mutaciones pueden hacer que las células T sean más potentes para la inmunoterapia, por ejemplo, y con MOBE, los investigadores pueden hacer grandes análisis de muchas combinaciones de mutaciones para ver cuál produce las células T más prometedoras desde el punto de vista terapéutico.
“Ampliar el alcance del modelado de enfermedades y la ingeniería celular me parece muy emocionante”, afirmó Saha. “Llevaría la aplicación de estas herramientas de escritura del genoma a otro nivel”.
Referencia
1. Cowan QT, y col. Desarrollo de sistemas de edición de base ortogonal multiplexada (MOBE). Biotecnología natural. 2024.