Cientistas desvendam o código do CRISPR para edição genética precisa

Cientistas do Instituto Francis Crick descobriram uma série de regras simples que determinam a precisão do sistema de edição genética CRISPR/Cas9 em células humanas. Estas regras, publicadas na Molecular Cell, poderiam melhorar a eficiência e segurança de edição genética, tanto laboratorial como clínica.

Apesar do amplo uso do sistema CRISPR, a aplicação racional da tecnologia foi impedida pela suposição que existe possibilidade de consequências imprevisíveis, resultando em deleções ou inserções randômicas de DNA na região alvo, ou ainda fora da região alvo (off-targets).

Antes que CRISPR possa ser aplicado em uso clínico, cientistas precisam ter certeza que é possível prever com segurança e precisão de que maneira o DNA será modificado.

“Até o presente momento, a edição genética com CRISPR envolveu muitas suposições, frustrações e tentativa e erro.” diz a líder do grupo envolvido no estudo, Paola Scaffidi.

“Pensava-se que os efeitos do CRISPR eram imprevisíveis e aparentemente aleatórios. No entanto, ao analisar centenas de edições ficamos surpresos ao descobrir que existem padrões simples, previsíveis, por trás de tudo. Isso mudará fundamentalmente o modo como usamos CRISPR, o que nos possibilita estudar o funcionamento dos genes com maior precisão, acelerando significativamente os avanços científicos.”

Ao examinar os efeitos da edição genética utilizando CRISPR em 1491 regiões alvo em 450 genes de células humanas, a equipe descobriu que os resultados podem ser previstos com regras relativamente simples. Essas regras dependem majoritariamente de uma “letra” genética (base nitrogenada), ocupando uma posição específica na região reconhecida pelo RNA guia que direciona a “tesoura molecular”, Cas9.

RNA’s guia são moléculas sintetizadas contendo em torno de 20 pares de bases (representados pelas letras A, T, C ou G) projetadas para se ligarem à uma região específica de DNA no gene alvo. Cada “letra genética” possui um par complementar (A se liga a T, G se liga a C). O RNA guia serve como uma espécie de Velcro, que se liga à sequência correspondente das suas “letras”.

Guiado pela molécula de RNA, a enzima Cas9 “examina” o genoma até achar a região de interesse. Quando o RNA guia “encontra” sua sequência complementar, ele se liga à ela, a Cas9 corta um segmento de DNA. O DNA é “quebrado” a três letras de distância do fim da sequência alvo, e partes do código genético são então inseridas ou deletadas, aparentemente ao acaso, quando a célula tenta reparar o dano no DNA.

Neste estudo, os pesquisadores descobriram que o resultado de uma edição genética depende da quarta letra a partir do final da sequência de RNA guia, adjacente ao local de “corte” de DNA. A equipe descobriu que se a “letra” for A ou T, haverá uma inserção genética muito precisa. Um C levará à deleção relativamente precisa e G leva a inúmeras deleções imprecisas. Portanto, evitar sítios que contenham G como quarta “letra” distante do local de corte, levaria a edições genéticas muito mais previsíveis.

“Ficamos surpresos ao descobrir que as regras que determinam o resultado de edições genéticas em células humanas utilizando a tecnologia CRISPR eram tão simples” diz Dr. Anob Chakrabarti, pesquisador PhD da Wellcome Trust no laboratório de Bioinformática e Biologia Computacional do Instituto Francis Crick e um dos autores do estudo.

“Ao levar em conta essas regras quando projetando RNA’s guia, podemos maximizar as chances de obter o resultado esperado de uma edição genética específica – que é particularmente importante no contexto de uso clínico da tecnologia”.

A equipe também ressaltou que o quanto “aberto” ou “fechado” está a região de DNA alvo também afeta o resultado da edição. A adição de componentes que forcem a “abertura” de DNA – permitindo que a Cas9 examine o genoma – leva a edições mais eficientes, que poderiam ajudar quando as modificações a serem realizadas ficam em regiões mais “fechadas” de DNA.

“A boa notícia é que independente da origem do tecido – que influencia o quão ‘aberto’ está o DNA em certos genes – regiões alvo contendo A ou T na posição chave demonstram edição semelhante” afirma Paola. “Isso significa que, se selecionarmos com cuidado o DNA alvo, podemos ter certo grau de confiança que teremos os mesmos resultados em diferentes tipos de tecido.”

Josep Monserrat, doutorando do Instituto Francis Crick no Laboratório de Epigenética em Câncer e primeiro autor conjunto do estudo diz que: “Não tínhamos, até então, estimado a importância da ‘abertura’ do DNA ao determinar a eficiência de edição genética usando CRISPR. Isso poderia ser um outro fator a ser considerado quando se busca a edição de um gene de maneira específica. Estamos empolgados em observar que tipos distintos de células compartilham edições comuns em regiões-alvo precisas, e esperamos que a tradução de nossas descobertas seja benéfica em todas as disciplinas.”

Falaí Biotec

Referências:

CHAKRABARTI, Anob M. et al. Target-Specific Precision of CRISPR-Mediated Genome Editing. Molecular Cell, [s.l.], p.1-15, dez. 2018. Elsevier BV. http://dx.doi.org/10.1016/j.molcel.2018.11.031.

Traduzido de:

Scientists crack the CRISPR code for precise human genome editing. The Francis Crick Institute, 2018. Disponível em: <https://www.crick.ac.uk/news/2018-12-13_scientists-crack-the-crispr-code-for-precise-human-genome-editing> Acesso em: 16/12/2018