Anemia cu celule în seceră (falciformă), sau siclemia, este o afecţiune ereditară gravă a sângelui care afectează milioane de oameni. O mutaţie în gena care codifică o subunitate a moleculei de hemoglobină care transportă oxigenul, provoacă această boală, în care hematiile nu mai au forma normală ci se dezvoltă în formă de seceră. Oamenii de ştiinţă de la St. Jude Children's Research Hospital şi de la Broad Institute of MIT şi Harvard au arătat într-un studiu preclinic că, o nouă abordare precisă de editare a genomului poate schimba genele mutante ale hemoglobinei la forma lor normală în celulele pacienţilor cu siclemie, ceea ce restabileşte parametrii normali ai sângelui după transplantul la şoareci.
Cercetătorii de la spitalul St. Jude au demonstrat modul prin care o tehnologie de editare genetică programabilă, de „a treia generaţie", numită 'prime-editing', ar putea converti mutaţia care provoacă boala cu celule în seceră - siclemie - într-o secvenţa normală de ADN.
Prime-editing este o tehnologie de editare a genomului „de căutare şi înlocuire” în biologia moleculară prin care genomul organismelor vii poate fi modificat. Tehnologia scrie direct noi informaţii genetice într-un site ADN vizat.
Oamenii de ştiinţă au dezvoltat tehnologii de editare a ADN-ului, inclusiv nucleazele Cas9 şi editorii de baze, pentru a trata bolile genetice.
Cercetătorii studiului au demonstrat modul în care tehnologia, numită prime-editing, de editare genetică programabilă de „a treia generaţie", ar putea transforma mutaţia care provoacă acest tip de anemie într-o secvenţă normală de ADN, evitând astfel boala.
„Prime editing este o abordare promiţătoare, deoarece, în teorie, putem corecta direct mutaţiile bolii în secvenţe de ADN sănătoase specifice, la alegerea noastră", a declarat coautorul studiului, Jonathan Yen, de la departamentul de hematologie al spitalului St. Jude.
În acest studiu, cercetătorii au optimizat editarea în celulele stem sanguine pe termen lung, arătând că celulele editate menţin o eficienţă totală de grefare la un animal cu un sistem relevant din punct de vedere clinic.
„Aceste rezultate demonstrează eficienţa metodei de editare a celulelor stem din sânge, precum şi faptul că celulele editate îşi menţin capacitatea deplină de a se grefa şi de a repopula măduva osoasă a unui animal", a declarat autorul principal, David Liu, profesor la MIT şi Harvard, al cărui laborator a inventat acest tip de editare genetică în 2019.
„Versatilitatea de 'căutare şi înlocuire' pe care o obţinem cu tehnologia de prime-editing a celulelor stem din sânge ridică posibilitatea de a aplica această tehnologie pentru a trata o gamă largă de boli care implică celulele sanguine".
Corectarea mutaţiei care provoacă anemia falciformă
Cercetătorii au arătat că această tehnică de editare ar putea identifica mutaţia care cauzează boala în gena hemoglobinei adulte cu o specificitate ridicată, şi ar putea să o înlocuiască eficient cu o variantă de secvenţă de ADN sănătoasă, purtată de majoritatea oamenilor.
Noua tehnologia de editare genetică a reuşit să corecteze cu succes această mutaţie cu o conversie de până la 41% în celulele stem sanguine de la pacienţii cu anemie falciformă.
Cercetările anterioare au arătat că editarea a peste 20% din celule se traduce probabil prin beneficii terapeutice.
La promisiunea terapeutică a acestei abordări se adaugă şi observaţia conform căreia, atunci când cercetătorii au transplantat la şoareci celule editate prin această tehnologie de la patru pacienţi carea aveau boala, producţia normală de hemoglobină a fost prezentă în aproximativ 45% din globulele roşii circulante, chiar şi după 17 săptămâni.
După transplant, atunci când au fost plasate în medii cu conţinut scăzut de oxigen, globulele roşii izolate din măduva osoasă a şoarecilor au redus la jumătate hematiile (eritrocitele) anormale în formă de seceră (în loc de disc biconcav), de la aproximativ 67% la 37%.
Îmbunătăţirea preciziei tehnologiei de editare genetică
„Am identificat ceea ce ar putea fi următorele terapii pentru anemiile genetice", spune dr. Mitchell Weiss, şeful departamentului de hematologie St. Jude, şi coautor al studiului.
„Am luat cea mai nouă tehnologie de ultimă generaţie în domeniul ingineriei genetice şi am arătat că putem aplica prime-editing genelor pentru viitoarele terapii", a menţionat medicul.
Deşi cercetarea a fost efectuată doar pe celule de la pacienţi cu anemie falciformă transplantate în şoareci, abordarea ar putea avea avantaje faţă de metodele actuale de editare a genomului utilizate în studiile clinice, cum ar fi nucleazele Cas9, care execută rupturi dublu-catenare în ADN, pe care prime-editing le evită în mare măsură.
Anterior, într-un studiu publicat în revista Nature, în 2021, cercetătorii au arătat că editarea bazei, o tehnologie alternativă de editare a genomului, ar putea transforma mutaţia celulelor în seceră într-o variantă benignă, dar nu şi secvenţa originală sănătoasă.
Studiul actual a arătat că prime-editing ar putea transforma mutaţia maladivă în varianta genetică normală originală printr-o conversie T în A, pe care editarea bazei nu o poate face.
Deşi studiul a arătat potenţialele beneficii ale utilizării acestei tehnici de editare pentru a vindeca anemiile genetice, acesta a arătat şi anumite limitări.
Prime-editing este un proces consumator de timp pentru a adapta şi optimiza fiecare etapă a protocolului, cum ar fi proiectarea ARN-urilor de ghidare pentru prime-editing (ARNpeg) care direcţionează sistemul de prime-editing către regiunea de ADN potrivită şi specifică editarea dorită.
Siguranţa pe primul loc
Siguranţa rămâne o preocupare pentru toate tehnologiile de editare genomică, în special pentru abordările noi.
În timp ce studiul actual, în concordanţă cu rapoartele altor laboratoare privind prime-editing, nu a arătat practic nicio editare genetică în afara ţintei vizate, ar putea exista anumite probleme de siguranţă neprevăzute, fiind o tehnologie de editare genetică nouă.
„Facem tot posibilul pentru a estima toxicitatea, dar nu vom cunoaşte adevărata amploare a riscurilor acestei terapii până când nu va fi utilizată la pacienţi", a declarat doctorul Weiss.
Chiar şi cu aceste provocări, oamenii de ştiinţă sunt optimişti în ceea ce priveşte viitorul acestei noi tehnici de editare genetică.
„Datorită versatilităţii sale unice, prime-editing are potenţialul de a vindeca mult mai multe boli genetice", spun autorii.
„Va fi o provocare să ajungă în clinică. Va necesita o dezvoltare extinsă a producţiei, optimizarea procesului şi evaluarea siguranţei. Dar dovada de concept există. Munca noastră deschide acum noi orizonturi de dezvoltare de tratamente pentru multe boli hematologice", au scris autorii noii cercetări.
Descoperirile au fost publicate luni, în Nature Biomedical Engineering.
