Gusanos humanizados mediante la tecnología CRISPR permiten buscar nuevas estrategias para tratar el cáncer

Xènia Serrat Farran, Institut d’Investigació Biomèdica de Bellvitge (IDIBELL)

 

El gusano Caenorhabditis elegans es un sistema experimental consolidado con el que se han logrado grandes hallazgos en el campo de la biomedicina. Más allá de estudios de investigación básica, este nematodo permite modelar enfermedades humanas para estudiar los mecanismos patogénicos y encontrar alternativas terapéuticas. Esto es posible gracias a que la mayoría de los genes esenciales para las funciones celulares se han conservado a lo largo de la evolución, y al hecho de que aproximadamente un 42% de los genes asociados a enfermedades humanas tienen un gen equivalente, u ortólogo, en el gusano. C. elegans, con aproximadamente un milímetro de longitud en estado adulto y un corto ciclo de vida de 3 a 5 días, ofrece numerosas ventajas para investigar diversos tipos de enfermedades. Si bien los gusanos no desarrollan tumores, las alteraciones genéticas tumorales pueden inducir en este organismo cambios fenotípicos que en esencia reflejan las mismas modificaciones en funciones celulares básicas que en humanos contribuyen al desarrollo tumoral.

La reciente investigación llevada a cabo en nuestro laboratorio del IDIBELL se ha centrado en estudiar mutaciones oncogénicas en el gen sftb-1 de C. elegans. En humanos, este gen se conoce como SF3B1 y se encuentra mutado con frecuencia en varios tipos tumorales, especialmente en síndrome mielodisplásico, pero también en melanoma uveal, leucemia linfocítica crónica, y en tumores de mama, páncreas y próstata.

Debido a la importante función que tiene la proteína SF3B1 durante la eliminación de intrones de las moléculas de ARN mensajero (ARNm)—lo que se conoce como proceso de splicing—, las mutaciones en SF3B1 se asocian a la producción de ARNm erróneos o alternativos en los tumores. Actualmente, existe un gran interés en descifrar el papel que juegan las mutaciones de SF3B1 en el desarrollo tumoral, y en cómo éstas se pueden aprovechar para diseñar fármacos específicos que ataquen únicamente a las células tumorales.

 

gusanos humanizados
Gusanos que expresan la proteína fluorescente mCherry fusionada a la proteína SFTB-1 (en magenta arriba y en blanco abajo), lo que permite estudiar su expresión y localización. Imagen: Xènia Serrat.

 

 

El modelo de C. elegans sirve para identificar nuevas dianas terapéuticas

En este trabajo, la aplicación de la tecnología CRISPR en C. elegans ha sido clave para poder reproducir en el ortólogo de SF3B1 (sftb-1) distintas mutaciones de cambio de sentido que se encuentran en pacientes. Mediante la secuenciación del transcriptoma de gusanos normales y de gusanos con mutaciones en sftb-1, hemos podido observar que estos últimos tienen alteraciones en el proceso de splicing, de forma similar a lo que ocurre en los tumores. Así, estos gusanos modificados genéticamente constituyen un buen sistema donde realizar cribados a media y gran escala para encontrar nuevas vulnerabilidades en las células portadoras de mutaciones en sftb-1. De esta manera, los tratamientos genéticos o farmacológicos que afecten más a los gusanos mutados que a los normales podrían ser seleccionados para validar su eficacia en células tumorales.

Como prueba de concepto, hemos silenciado la expresión de más de cien genes que intervienen en el proceso de splicing mediante la técnica de ARN de interferencia. Esto nos ha permitido identificar cuatro genes cuyo silenciamiento tiene efectos más perjudiciales en los gusanos con mutaciones en sftb-1 que en los gusanos normales, lo que se conoce como interacción de letalidad sintética. Así, las interacciones que hemos descubierto señalan a estos cuatro genes como posibles nuevas dianas terapéuticas para tratar los tumores con mutaciones en SF3B1.

Un gusano humanizado para probar fármacos antitumorales

La proteína SF3B1, además de sufrir mutaciones somáticas en varios tipos tumorales, es la diana de un conjunto de pequeños compuestos químicos con efectos antitumorales que son producidos de forma natural por algunas bacterias. Estudios realizados en varios laboratorios han demostrado que estos compuestos son efectivos para inhibir el crecimiento de células tumorales, tengan o no mutaciones en SF3B1, y ya se han desarrollado derivados sintéticos de estas moléculas. Algunos derivados han entrado en la primera fase de ensayo clínico (más información en www.h3biomedicine.com) y podrían ser una buena alternativa para tumores con mutaciones en factores de splicing, los cuales suelen carecer de estrategias terapéuticas efectivas.

Dada la relevancia clínica de estas moléculas antitumorales, hemos testado su eficacia en C. elegans. Para ello, ha sido necesario editar una parte de la proteína SFTB-1 de los gusanos mediante CRISPR y hacerla idéntica a la misma parte de la proteína SF3B1 humana. Así, la ‘humanización’ parcial de la proteína SFTB-1 hace que los fármacos Pladienolide B y Herboxidiene tengan un efecto visible en el nematodo, de modo que podemos evaluar el efecto de estas moléculas en el contexto de un organismo multicelular. Esto proporciona una nueva herramienta para inhibir el proceso de splicing mediante compuestos químicos en C. elegans, a la vez que abre la puerta a poder probar en un futuro la eficacia y toxicidad de nuevos compuestos derivados de forma práctica y ética, al usar organismos invertebrados.

En definitiva, este trabajo pone de manifiesto cómo el pequeño nematodo C. elegans, junto con la edición precisa de su genoma mediante la tecnología CRISPR, puede ser de gran ayuda para identificar los puntos débiles de las células con mutaciones oncogénicas en SF3B1, y buscar nuevos tratamientos dirigidos a estas células tumorales. A su vez, la humanización parcial de este organismo permitirá en un futuro usarlo para investigar, a gran escala y de forma rápida, nuevos fármacos con acción antitumoral.

Referencia: Serrat X, Kukhtar D, Cornes E, Esteve-Codina A, Benlloch H, Cecere G, Cerón J. CRISPR editing of sftb-1/SF3B1 in Caenorhabditis elegans allows the identification of synthetic interactions with cancer-related mutations and the chemical inhibition of splicing. PLoS Genet. 2019 Oct 21;15(10):e1008464. doi: http://dx.doi.org/10.1371/journal.pgen.1008464

 

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