CRISPR para identificar qué genes son importantes para la infección por coronavirus

Amparo Tolosa, Genotipia

 

Dos recientes estudios publicados en Cell aplican las herramientas CRISPR de edición del genoma para investigar qué genes del hospedador son importantes para la infección por coronavirus e identificar potenciales dianas terapéuticas para COVID-19.

En apenas ocho años, el sistema CRISPR de edición genómica ha revolucionado el ámbito de la biotecnología y biomedicina, proporcionando aplicaciones de gran interés para la investigación de enfermedades y búsqueda de tratamientos. Prueba de su relevancia es el reciente Premio Nobel de Química de 2020, otorgado a Emmanuelle Charpentier y Jennifer Doudna, por su contribución al desarrollo de del versátil método de edición genética.

Las herramientas CRISPR han sido utilizadas en diferentes ocasiones para determinar qué genes son importantes en el desarrollo de enfermedades e identificar potenciales dianas terapéuticas. Con el avance de la pandemia de COVID-19 diferentes grupos de investigación han abordado su utilización para conocer mejor cómo actúa el virus en las células humanas y desarrollar formas de hacerle frente.

 

coronavirus CRISPR
La tecnología CRISPR de edición del genoma, que ha revolucionado el campo de la biotecnología y biomedicina, está siendo utilizada ampliamente en la investigación de COVID-19. Imagen: Ernesto del Aguiila, National Human Genome Research Institute (www.genome.gov).

 

Identificados factores provirales con potencial para la investigación de terapias

En el primero de los estudios, investigadores de la Universidad de Yale y el Instituto Broad de la Universidad de Harvard y el Instituto de Tecnología de Massachussets han utilizado el sistema CRISPR para rastrear qué genes son importantes para la infección de SARS-CoV-2 y otros coronavirus relacionados.

Los investigadores han utilizado células de primate especialmente sensibles a la infección por  SARS-CoV-2 y han rastreado, a través de la mutación dirigida mediada por CRISPR, qué genes favorecen o previenen la infección por parte de los virus. A través de esta estrategia el equipo ha identificado proteínas del hospedador ya conocidas por su participación en la infección por parte de SARS-CoV-2, como el receptor ACE2, o la proteasa Catepsina L.

Además, los investigadores han identificado otros elementos provirales así como factores que proporcionan un efecto protector. Dentro de los primeros, han encontrado tanto factores provirales específicos de los coronavirus de la familia SARS, como, por ejemplo, HMGB1, como factores generales de la familia de coronavirus, como el complejo de remodelación de la cromatina SWI/SNF.  Dentro de los factores que proporcionan un efecto protector destaca el complejo de la histona 3, que parece inhibir la capacidad del virus para infectar las células.

El siguiente paso de los investigadores ha sido utilizar fármacos o moléculas pequeñas que inhiben la acción de los factores provirales identificados, para ver su efecto sobre la infección. El tratamiento de algunos de ellos consiguió inhibir la infección del coronavirus en células de primate y células humanas, lo que confirma el potencial de los genes identificados como dianas terapéuticas potenciales frente a la acción del coronavirus.

Los resultados del trabajo contribuyen a entender por qué las personas responden diferente a la infección por coronavirus, puesto que factores genéticos y ambientales pueden influir en la acción de los factores provirales o protectores. “Es muy importante entender la amplia variación de respuestas a COVID-19, por ejemplo por qué la edad avanzada hace que sea más probable que las personas mueran”; señala Craig Wilen, investigador en la Universidad de Yale y uno de los directores del trabajo. “Hemos identificado tanto genes provirales como antivirales que podrían ayudarnos a predecir quién es más probable que desarrolle una forma grave de la enfermedad y qué clase de fármacos serían de utilidad o perjudiciales en tratar a los pacientes”.

Imagenes de partículas de coronavirus SARS-CoV-2 emergiendo de una célula infectada. Imagen: National Institute of Allergy and Infectious Diseases. CC BY 2.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0/).

Trafico de proteínas y biosíntesis del colesterol implicados en la infección del virus

En un estudio paralelo, dirigido por el  Centro del Genoma de Nueva York, la Universidad de Nueva York y la Universidad Monte Sinaí han realizado un rastreo similar mediante CRISPR donde han identificado qué genes humanos son necesarios para la infección de SARS-CoV-2.

En este caso, los investigadores han utilizado células epiteliales alveolares humanas para el rastreo mediante CRISPR, que ha permitido identificar diversos genes y rutas moleculares necesarias para la acción de SARS-CoV-2 que, cuando son inhibidos, confieren resistencia al virus. Dentro de ellas el equipo destaca los complejos proteicos implicados en el tráfico de proteínas, algunos de los cuales interaccionan directamente con proteínas virales.

Interesantemente, los investigadores han encontrado que la pérdida de varios de los genes identificados da lugar a un aumento en la regulación de rutas de biosíntesis de colesterol y que el tratamiento con amlodipina, un fármaco antagonista de los canales de calcio que altera los niveles de colesterol, bloquea la infección del coronavirus. “Puesto que recientes ensayos clínicos también han sugerido que los pacientes que toman agentes bloqueantes de canales de calcio tienen una tasa de fatalidad en casos de COVID-19, una importante dirección futura para la investigación será continuar iluminando la relación entre las rutas de síntesis de colesterol y SARS-CoV-2”, señala Tristan Jordan, investigador en la Facultad de Medicina de la Universidad Monte Sinaí y uno de los primeros autores del trabajo.

Otro resultado relevante del trabajo es la identificación de la relación del gen RAB7A con el receptor ACE2, principal puerta de entrada del coronavirus a las células humanas. Los investigadores han encontrado que la pérdida de RAB7A atrapa al receptor ACE2 en el interior de las células, lo que previene la entrada del virus a las células. En este sentido, RAB7A se presenta como una diana terapéutica con gran potencial. “Los tratamientos actuales frente a la infección por SARS-CoV-2 están dirigidos al virus, pero este estudio ofrece una mejor comprensión de cómo los genes del hospedador influyen en la entrada viral y permitirá nuevas avenidas de descubrimiento terapéutico y, con suerte acelerara la recuperación en poblaciones susceptibles”, señala Neville Sanjana, profesor en el New York Genome Center, y la Universidad de Nueva York, así como uno de los directores del trabajo.

CRISPR en la investigación de COVID-19

La versatilidad de los sistemas CRISPR ha hecho posible su utilización en múltiples ámbitos de la investigación sobre COVID-19, como son el desarrollo de sistemas de detección del virus, la creación de modelos animales para investigar cómo actúa en los organismos o el diseño de estrategias para destruirlo.

Ahora, CRISPR ha sido utilizado, en combinación con otras técnicas de análisis, para estudiar qué genes de las células hospedadoras intervienen en la infección. Los dos estudios publicados en Cell representan una aproximación más para mejorar el conocimiento sobre cómo funciona el coronavirus SARS-CoV-2 e identificar soluciones terapéuticas para hacerle frente.

Referencias:

Wei J, et al. Genome-wide CRISPR screens reveal host factors critical for SARS-CoV-2 infection. Cell. 2020. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.10.028

Daniloski Z, et al. Identification of required host factors for SARS-CoV-2 infection in human cells. Cell. 2020. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.10.030

Additional COVID-19 related genes – both helpful and harmful – revealed in massive screen. https://www.broadinstitute.org/news/additional-covid-19-related-genes-%E2%80%93-both-helpful-and-harmful-%E2%80%93-revealed-massive-screen

Integrative Genome-Scale CRISPR Screen Identifies Genes and Drug Targets To Protect Against SARS-CoV-2 Infection. https://www.nygenome.org/integrative-genome-scale-crispr-screen-identifies-genes-and-drug-targets-to-protect-against-sars-cov-2-infection/

 

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