CRISPR como herramienta para rastrear dianas terapéuticas

Amparo Tolosa, Genotipia

 

  • Investigadores de la Universidad de Harvard han utilizado el sistema CRISPR para identificar dianas terapéuticas en un tipo de distrofia poco frecuente.
  • Inhibidores de la señalización de hipoxia mejoran las alteraciones estructurales y la función del músculo en células de pacientes y modelos animales.

El sistema CRISPR de edición del genoma se ha convertido en una herramienta de gran utilidad en la investigación biomédica. Su capacidad para inducir cambios específicos en el genoma permite crear modelos celulares y animales de múltiples enfermedades, así como estudiar la función de genes concretos.

Un reciente estudio, publicado en Science Translational Medicine, acaba de mostrar la utilidad de CRISPR para identificar dianas terapéuticas para la distrofia muscular facioescapulohumeral. En este tipo de distrofia, que se transmite con un patrón de herencia autosómico dominante, los músculos más afectados son los correspondientes al rostro, hombros y parte superior de los brazos. Además, la mayor parte de los casos están causados por alteraciones genéticas y epigenéticas en una región del cromosoma 4 que llevan a la expresión alterada del gen DUX4.

 

CRISPR dianas terapéuticas
La herramienta de edición del genomaCRISPR puede ser utilizadas para identificar dianas terapéuticas. Imagen: National Institute of Health.

Un rastreo mediante CRISPR para identificar dianas

Durante el desarrollo DUX4 tiene un papel importante. Este gen codifica para un factor de transcripción que regula la expresión de otros genes y su actividad marca el inicio de diversos programas de expresión necesarios para el correcto desarrollo del embrión. Normalmente, las células y tejidos adultos no tienen activo el gen DUX4. No obstante, en los pacientes con distrofia muscular facioescapulohumoral se produce una conjunción de alteraciones genéticas y epigenéticas que llevan a una expresión de DUX4 que resulta tóxica, especialmente para las células musculares.

Una dificultad para estudiar la distrofia muscular facioescapulohumoral es que no todas las células musculares expresan DUX4 de forma anómala. Esta situación ha impedido que los investigadores  puedan identificar qué mecanismos podrían aprovechar las células para hacer frente a la expresión tóxica de DUX4.

Para resolver este problema, los investigadores han utilizado CRISPR-Cas9. Su objetivo era detectar qué genes confieren supervivencia a las células en presencia de la expresión tóxica de DUX4. CRISPR permite crear librerías de células con diferentes mutaciones, de forma que se puede investigar de forma sistemática los efectos de inactivar cada gen. En este caso, el equipo utilizó una línea de células precursoras de células musculares a las que forzaron a expresar DUX4 . La mayor parte de las células deberían morir en estas condiciones, por lo que aquellas colonias que sobrevivieran lo harían por la acción del gen inactivado mediante CRISPR.

Validación de las dianas terapéuticas en modelos celulares y animales

A través del rastreo con CRISPR los investigadores encontraron que varios genes relacionados con la respuesta a hipoxia conferían resistencia a la expresión de DUX4 en las células musculares. Hasta el momento se desconocía la relación entre la hipoxia celular (disminución del oxígeno disponible para las células) con el desarrollo de la enfermedad.

Para confirmar el papel de la ruta molecular identificada con el desarrollo de la enfermedad, el equipo trató las células musculares que expresan DUX4 de forma tóxica con inhibidores de la señalización de hipoxia. Tras el tratamiento, se observó una reducción de la actividad de esta ruta molecular y una disminución de la muerte celular.

A continuación, los investigadores evaluaron el potencial terapéutico de los inhibidores de respuesta a hipoxia en células de pacientes con distrofia muscular facioescapulohumoral y dos modelos de la enfermedad en pez cebra. En los tres casos mejoraron las características estructurales y funcionales de los modelos.

Una puerta hacia el tratamiento de la distrofia muscular facioescapulohumoral

El rastreo con CRISPR ha permitido identificar una ruta molecular implicada en la patología de la distrofia muscular facioescapulohumoral: la respuesta celular a la hipoxia. Este descubrimiento ha favorecido encontrar moléculas con potencial terapéutico para tratar la enfermedad.

Los investigadores reconocen que más allá de la expresión tóxica de DUX4 puede haber otros factores que contribuyan a la enfermedad, que deberán evaluarse en estudios complementarios. Además, destacan que el rastreo ha permitido identificar únicamente genes que modifican la enfermedad a través de su inactivación y señalan que serán necesarios otros estudios para investigar el efecto de otras alteraciones genéticas.

En cualquier caso, el estudio ofrece una herramienta de gran utilidad más allá de la distrofia muscular facioescapulohumoral. La estrategia del cribado mediante CRISPR podría ser utilizada para identificar dianas accionables en otras enfermedades genéticas raras.

Referencia: Lek A, et al. Applying genome-wide CRISPR-Cas9 screens for therapeutic discovery in facioscapulohumeral muscular dystrophy. Sci Transl Med. 2020. Doi: http://dx.doi.org/10.1126/scitranslmed.aay0271

 

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