Usando uma versão modificada do sistema de edição de genoma CRISPR, Os pesquisadores do MIT desenvolveram uma nova maneira de rastrear genes que protegem contra doenças específicas.

CRISPR é normalmente usado para editar ou excluir genes de células vivas. Contudo, a equipe do MIT o adaptou para ligar ou desligar aleatoriamente conjuntos de genes distintos em grandes populações de células, permitindo aos pesquisadores identificar genes que protegem as células de uma proteína associada à doença de Parkinson.

A nova tecnologia, descrito no jornal Molecular Cell , oferece uma nova maneira de buscar alvos de drogas para muitas doenças, não apenas Parkinson, diz Timothy Lu, professor associado do MIT de engenharia elétrica e ciência da computação e de engenharia biológica.

"O estado da arte agora é alvejar dois ou três genes simultaneamente e, em seguida, observar os efeitos, mas pensamos que talvez os conjuntos de genes que precisam ser modulados para tratar algumas dessas doenças sejam realmente mais amplos do que isso, "diz o Lu, quem é o autor sênior do estudo.

Os principais autores do artigo são o pós-doutorando Ying-Chou Chen e o estudante de graduação Fahim Farzadfard.

Ativando ou desativando genes

O sistema de edição do genoma CRISPR consiste em uma enzima de corte de DNA chamada Cas9 e fitas curtas de guia de RNA que têm como alvo sequências específicas do genoma, dizendo ao Cas9 onde fazer seus cortes. Usando este processo, os cientistas podem fazer mutações direcionadas nos genomas de animais vivos, excluindo genes ou inserindo novos.

No novo estudo, a equipe do MIT desativou a capacidade de corte do Cas9 e projetou a proteína para que, após se ligar a um local de destino, ele recruta fatores de transcrição (proteínas necessárias para ativar os genes).

Ao entregar esta versão do Cas9 junto com a fita de RNA guia em células individuais, os pesquisadores podem ter como alvo uma sequência genética por célula. Cada RNA guia pode atingir um único gene ou vários genes, dependendo da sequência de guia particular. Isso permite que os pesquisadores selecionem aleatoriamente todo o genoma em busca de genes que afetam a sobrevivência celular.

"O que decidimos fazer foi adotar uma abordagem totalmente imparcial, em que, em vez de visar genes individuais de interesse, nós expressaríamos guias aleatórios dentro da célula, "Lu diz." Usando essa abordagem, podemos rastrear RNAs-guia que têm atividades protetoras excepcionalmente fortes em um modelo de doença neurodegenerativa. "

Os pesquisadores implantaram essa tecnologia em células de levedura que são geneticamente modificadas para produzir em excesso uma proteína associada à doença de Parkinson, conhecido como alfa-sinucleína. Esta proteína, que forma aglomerados nos cérebros dos pacientes de Parkinson, normalmente é tóxico para as células de levedura.

Usando esta tela, a equipe do MIT identificou uma fita de RNA guia que teve um efeito muito poderoso, mantendo as células vivas com muito mais eficácia do que qualquer um dos genes individuais que foram encontrados anteriormente para proteger este tipo de célula de levedura.

Uma triagem genética adicional revelou que muitos dos genes ativados por esta fita de RNA guia são proteínas chaperonas, que ajudam outras proteínas a se dobrarem na forma correta. Os pesquisadores levantam a hipótese de que essas proteínas chaperonas podem auxiliar no dobramento adequado da alfa-sinucleína, o que pode impedir a formação de grumos.

Outros genes ativados pelo RNA guia codificam proteínas mitocondriais que ajudam as células a regular seu metabolismo energético, e proteínas de tráfego que estão envolvidas no empacotamento e transporte de outras proteínas. Os pesquisadores agora estão investigando se o RNA guia ativa cada um desses genes individualmente ou se ativa um ou mais genes reguladores que ativam os outros.

Efeitos protetores

Uma vez que os pesquisadores identificaram esses genes na levedura, eles testaram os equivalentes humanos em neurônios humanos, crescido em uma placa de laboratório, que também superproduzem alfa-sinucleína. Esses genes humanos também eram protetores contra a morte induzida por alfa-sinucleína, sugerindo que vale a pena testá-los como tratamentos de terapia genética para a doença de Parkinson, Lu diz.

Wilson Wong, professor assistente de engenharia biomédica na Universidade de Boston, diz que o estudo destaca as diversas aplicações para as quais o CRISPR / Cas9 pode ser usado.

"Também é interessante ver que eles poderiam usar a levedura como ponto de partida de uma triagem genética e identificar RNAs-guia que são protetores contra a toxicidade da alfa-sinucleína em células de mamíferos, "diz Wong, que não participou da pesquisa. "Este trabalho pode abrir caminho para o uso de RNAs guia aleatórios e leveduras para interrogar a biologia humana complexa."

O laboratório de Lu está agora usando essa abordagem para rastrear genes relacionados a outros distúrbios, e os pesquisadores já identificaram alguns genes que parecem proteger contra certos efeitos do envelhecimento.

Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.