Cientistas da UNSW Sydney desenvolveram uma nova forma de tecnologia CRISPR que poderia tornar a terapia genética mais segura e também resolver décadas de debate sobre como os genes são desligados. O estudo mostra que pequenos marcadores químicos ligados ao DNA silenciam ativamente os genes, em vez de serem simplesmente subprodutos inofensivos em regiões inativas do genoma.
Durante anos, os investigadores debateram se os grupos metilo, pequenos aglomerados químicos que se agrupam no ADN, simplesmente aparecem onde os genes já estão desligados, ou se são a causa directa da supressão genética.
Num estudo publicado recentemente em Comunicações da naturezapesquisadores da UNSW, trabalhando com colegas do St Jude’s Children’s Research Hospital (Memphis), demonstraram que a remoção dessas etiquetas químicas faz com que os genes se tornem ativos novamente. Quando as tags foram adicionadas novamente, os genes foram desligados novamente. Os resultados confirmam que a metilação do DNA controla diretamente a atividade genética.
“Mostramos muito claramente que se você limpar as teias de aranha, o gene irá emergir”, diz o autor principal do estudo, Professor Merlin Crossley, vice-reitor de Qualidade Acadêmica da UNSW.
“E quando adicionamos os grupos metil de volta aos genes, eles se desligaram novamente. Portanto, essas conexões não são teias – são âncoras.”
Como a tecnologia CRISPR evoluiu
CRISPR, abreviação de Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, é a espinha dorsal da moderna tecnologia de edição de genes. Isto permite aos cientistas encontrar sequências específicas de ADN e fazer alterações específicas, muitas vezes substituindo códigos genéticos defeituosos por versões saudáveis.
O sistema é baseado em um mecanismo de defesa natural encontrado em bactérias que utiliza CRISPR para reconhecer e cortar o DNA de vírus invasores.
As primeiras versões das ferramentas CRISPR funcionavam cortando o DNA para desligar genes que não funcionavam. Versões posteriores tornaram-se mais precisas, permitindo aos cientistas corrigir letras individuais no código genético. No entanto, ambas as abordagens baseiam-se na quebra das cadeias de ADN, o que pode levar a alterações indesejadas e aumentar o risco de efeitos secundários graves.
A versão mais recente, conhecida como edição epigenética, adota uma abordagem diferente. Em vez de cortar o DNA, ele tem como alvo marcadores químicos ligados a genes no núcleo de cada célula. Ao remover grupos metilo de genes que foram silenciados, os investigadores podem restaurar a actividade genética sem alterar a sequência de ADN subjacente.
Novas oportunidades para o tratamento da anemia falciforme
A equipe acredita que esta abordagem pode levar a tratamentos mais seguros para a doença falciforme. Estas doenças hereditárias afectam a forma e a função dos glóbulos vermelhos, causando frequentemente dores intensas, danos nos órgãos e redução da esperança de vida.
“Sempre que se corta o ADN, existe o risco de cancro. E se estiver a fazer terapia genética para uma doença para toda a vida, esse é um risco grave”, diz o professor Crossley.
“Mas se pudermos fazer terapia genética que não envolva o corte de cadeias de DNA, evitaremos essas armadilhas potenciais”.
Em vez de cortar o DNA, a nova técnica utiliza um sistema CRISPR modificado para fornecer enzimas que removem grupos metil. Este processo libera os freios genéticos que desligam certos genes. Um alvo importante é o gene da globina fetal, que ajuda a fornecer oxigênio antes do nascimento. A reativação desse gene após o nascimento pode ajudar a contornar os defeitos do gene da globina adulta que causam a doença falciforme.
“Você pode pensar no gene da profundidade fetal como as rodinhas da bicicleta de uma criança”, diz o professor Crossley. “Achamos que podemos fazê-los funcionar novamente para pessoas que precisam de rodas novas.”
O que a pesquisa mostra até agora
Até agora, todos os experimentos foram realizados em laboratório usando células humanas na UNSW e em Memphis.
A co-autora do estudo, Professora Kate Quinlan, diz que as descobertas podem ter implicações de longo alcance além da doença falciforme. Muitas doenças genéticas envolvem genes que são ativados ou desativados incorretamente, e a correção de grupos metil pode fornecer uma maneira de corrigir esses problemas sem danificar o DNA.
“Estamos entusiasmados com o futuro da edição epigenética, pois a nossa investigação mostra que ela nos permite melhorar a expressão genética sem alterar a sequência do ADN. Uma terapia baseada nesta tecnologia provavelmente terá um risco menor de efeitos adversos não intencionais em comparação com o CRISPR de primeira ou segunda geração”, diz ela.
Olhando para o futuro, os pesquisadores descrevem como a terapia poderá um dia funcionar na prática. Os médicos coletam células-tronco do sangue do paciente, que produzem glóbulos vermelhos. No laboratório, a edição epigenética será usada para remover as etiquetas metílicas do gene da globina fetal e reativá-lo. As células editadas foram então devolvidas ao paciente, onde puderam se estabelecer na medula óssea e começar a produzir células sanguíneas mais saudáveis.
Próximas etapas na edição epigenética
As equipes de pesquisa da UNSW e St Jude planejam testar esta abordagem em modelos animais e continuar a explorar ferramentas adicionais baseadas em CRISPR.
“Talvez o mais importante seja que agora é possível atingir genes individuais com moléculas”, diz o professor Crossley.
“Aqui removemos ou adicionamos grupos metil, mas isso é apenas o começo, há outras mudanças que podem ser feitas que aumentarão a nossa capacidade de alterar a produção de genes para fins terapêuticos e agrícolas. Este é o início de uma nova era.”
