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Desarrollan una herramienta computacional para predecir en qué zonas del genoma se puede insertar un gen terapéutico

Rubén Megía González, Genotipia

 

Un equipo de investigadores del Instituto Wyss de Ingeniería de Inspiración Biológica, la Escuela de Medicina de Harvard (EMH) y la Escuela Politécnica General de Zúrich (ETH Zurich) ha desarrollado un método para identificar puertos genómicos seguros (GSH, por sus siglas en inglés), unas regiones del genoma con especial relevancia en el desarrollo de terapias génicas.

puertos genómicos
Como parte de su validación los investigadores introdujeron un gen reportero con la secuencia de la proteína GFP en los GSH candidatos y siguieron su expresión en el tiempo. Esta ilustración, de Erik Aznauryan, fue utilizada como portada del número de Cell Reports Methods en el que se ha publicado el estudio.

Un puerto genómico seguro (GSH) es una zona del genoma en la que se puede insertar un gen terapéutico sin causar cambios en el genoma que puedan resultar en un riesgo para los pacientes. Encontrar este tipo de regiones del genoma es una ardua tarea, ya que los GSH tienen que cumplir unos requisitos muy concretos, como encontrarse disponibles y alejados de obstáculos como genes u otras secuencias importantes y propiciar la expresión del gen terapéutico que se inserte en ellas.

Ahora, un equipo de investigadores de diferentes instituciones ha encontrado una forma de predecir GSH que tengan potencial para su uso terapéutico. Los autores han detallado este nuevo método de identificación de GSH en un artículo publicado el pasado 24 de enero en la revista Cell Reports Methods.

Un método para identificar puertos genómicos seguros

En el trabajo, el equipo diseñó una herramienta computacional para predecir qué regiones del genoma humano tienen potencial como GSH. Para ello, se basó en datos del genoma de diferentes líneas celulares y tejidos obtenidos de anteriores estudios. “En este rastreo paso a paso del genoma completo, excluimos computacionalmente regiones que codifican proteínas, incluidas aquellas que han estado involucradas en la formación de tumores, y regiones que codifican ciertos tipos de ARN con función en la expresión génica y otros procesos celulares.”, explica el Dr. Erik Aznauryan, autor del estudio e investigador en el Instituto Wyss de Ingeniería de Inspiración Biológica. “También eliminamos regiones que contienen los llamados elementos potenciadores, que activan la expresión de genes, muchas veces desde lejos, y regiones que comprenden los centros y extremos de los cromosomas para evitar errores en la replicación y segregación de los cromosomas durante la división celular”, añade.

En un siguiente paso del estudio, el equipo de investigadores utilizó su nueva herramienta computacional para predecir las regiones candidatas a GSH en el genoma humano. “Esto nos dejó con alrededor de 2 000 loci candidatos, todos ellos para ser investigados más a fondo con fines clínicos y biotecnológicos”, explica el Dr. Aznauryan.

Evaluando el potencial y la seguridad de los loci candidatos a GSH

El próximo paso del equipo de Aznauryan fue validar su método seleccionando 5 loci de forma aleatoria y comprobando su potencial como GSH y seguridad en células humanas. Para ello, los investigadores insertaron genes reporteros en cada uno de estos loci en cultivos de células humanas mediante tecnología basada en CRISPR-Cas9. Los resultados confirmaron el potencial de dos de las cinco regiones identificadas como GSH. Estas dos localizaciones, además, destacaron en cuanto a expresión génica se refiere. “Dos de los sitios permitieron una expresión particularmente alta del gen reportero insertado, de hecho, significativamente más alta que los niveles de expresión logrados por el equipo con el mismo gen reportero en dos GSH de generaciones anteriores. Es importante destacar que los genes reporteros albergados por los dos sitios GSH no regularon al alza ningún gen relacionado con el cáncer”, explica Aznauryan.

En un análisis posterior, el equipo de investigadores evaluó la eficacia de los dos GSH en dos tipos celulares específicos: linfocitos T y células epiteliales humanas. Ambos tipos de células fueron seleccionadas por su relevancia en el desarrollo de terapias génicas en humanos.

“Introdujimos un gen reportero fluorescente en los dos nuevos GSH en células T humanas primarias obtenidas de la sangre, y un gen LAMB3 completamente funcional, una proteína extracelular de la piel, en los mismos GSH en fibroblastos dérmicos humanos primarios, y observamos una actividad duradera” explica la Dra. Denitsa Milanova, autora del estudio e investigadora en el Instituto Wyss de Ingeniería de Inspiración Biológica y la EMH.

Tras insertar el gen reportero en linfocitos T humanos, los autores analizaron el genoma celular en busca de cualquier indicio de que la modificación pudiese promover el desarrollo de tumores. “La inserción tiene un potencial mínimo para causar efectos promotores de tumores, lo que siempre es una de las principales preocupaciones cuando se modifican genéticamente las células para uso terapéutico”, explica el Dr. Sai Reddy, uno de los autores del estudio y profesor en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Biosistemas en ETH Zurich.

Un paso adelante en el diseño de terapias génicas más seguras

Los resultados de este estudio suponen una importante mejora en la identificación de nuevos puertos genómicos seguros, a la vez que demuestran el potencial de las aproximaciones computacionales en la investigación del genoma humano. Futuras investigaciones ayudarán a validar y evaluar los aproximadamente 2 000 loci identificados por el equipo.

El trabajo, cuyos resultados están disponibles de forma pública, abre las puertas a nuevas investigaciones que ayuden a desarrollar terapias genéticas más viables y seguras para diferentes enfermedades. “La identificación de GSH en el genoma humano aumentará en gran medida los futuros esfuerzos terapéuticos de desarrollo centrados en la ingeniería de terapias celulares y génicas más eficaces y seguras”, explica el Dr. Donald Ingber, Director Fundador del Instituto Wyss de Ingeniería de Inspiración Biológica.

Referencia: Erik A, et al. Discovery and validation of human genomic safe harbor sites for gene and cell therapies. Cell Reports Methods 2022 Jan; 1(2):2667-2375. doi: 10.1016/j.crmeth.2021.100154.

Fuente: Landing therapeutic genes safely in the human genome. Wyss Institute. https://wyss.harvard.edu/news/landing-therapeutic-genes-safely-in-the-human-genome/

 

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