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Logran reprogramar el sistema CRISPR en ratones para eliminar células tumorales sin afectar a las sanas

Investigadores del CNIO han conseguido destruir las células tumorales de sarcoma de Ewing y leucemia mieloide crónica cortando mediante CRISPR Cas9 los genes de fusión causantes de estos tumores. El estudio se ha llevado a cabo en roedores. 

Los científicos del CNIO han usado CRIPSPR Cas9 en líneas celulares y modelos de ratón de sarcoma de Ewing y leucemia mieloide crónica. /

Esta semana las investigadoras Jennifer Doudna y Emmanuelle Charpentier han sido galardonadas con el Premio Nobel de Química 2020 por el desarrollo de las tijeras moleculares CRISPR Cas9, uno de los enfoques más prometedores para el avance de los tratamientos contra las enfermedades genéticas, entre ellas el cáncer.

Ahora, la Unidad de Citogenética Molecular que dirige Sandra Rodríguez-Perales en el Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas (CNIO) ha dado un paso más para poder aplicar eficazmente esta tecnología para la eliminación de los llamados genes de fusión, lo que en un futuro podría abrir las puertas al desarrollo de terapias oncológicas que eliminen específicamente los tumores sin afectar a las células sanas. El trabajo se publica en Nature Communications.

Los genes de fusión son el resultado aberrante de la unión errónea de fragmentos de ADN que proceden de dos genes diferentes, una alteración que ocurre por azar durante el proceso de división celular. Si la célula no puede sacar ningún provecho del error, las células portadoras morirán y estos genes serán eliminados.

Los investigadores han usado CRIPSPR Cas9 en líneas celulares y modelos de ratón de sarcoma de Ewing y leucemia mieloide crónica y han logrado eliminar las células tumorales cortando los genes de fusión, inicio del tumor

Pero cuando confieren una ventaja proliferativa o de supervivencia, la célula portadora se multiplica y los genes de fusión y las proteínas que codifican se convierten, así, en el evento iniciador de un cáncer. “Muchos reordenamientos cromosómicos y los genes de fusión que producen son el origen de sarcomas y leucemias infantiles”, explica Rodríguez-Perales, coautora principal del estudio. También se encuentran en tumores de próstatamamapulmón o cerebrales, entre otros: en total, hasta en un 20% de todos los cánceres.

Debido a que solo están presentes en células tumorales, los genes de fusión despiertan un gran interés en la comunidad científica, para convertirlos en dianas terapéuticas altamente específicas, de tal manera que únicamente actúen sobre el tumor y no produzcan efectos en las células sanas.

Y aquí entra CRISPR. Mediante esta tecnología, los investigadores pueden dirigirse a secuencias concretas del genoma y, como si estuvieran utilizando unas tijeras moleculares, cortar y pegar fragmentos de ADN y así modificar el genoma de manera controlada. En el estudio que ha llevado a cabo el equipo del CNIO, los investigadores han trabajado con líneas celulares y modelos de ratón de sarcoma de Ewing y leucemia mieloide crónica, en los que han conseguido eliminar las células tumorales cortando los genes de fusión, inicio del tumor.

Pixabay Imágenes representativas de un tumor no tratado (izquierda) comparado con otro tumor tratado (derecha) con el sistema de edición génetica CRISPR Cas9para la eliminación de genes de fusión.

La célula tumoral se autodestruye

Es la primera vez que se tiene éxito aplicando CRISPR para la eliminación selectiva de genes de fusión en células tumorales. Estrategias previas de otros equipos de investigación se basan en modificar el punto de unión de los dos genes implicados en la fusión para introducir una secuencia de ADN que induzca la muerte celular. El problema es que la introducción de secuencias externas ha demostrado ser muy poco eficaz para eliminar tumores.

“Nuestra estrategia ha consistido en hacer dos cortes en intrones, regiones no codificantes del gen, localizados a ambos extremos del gen de fusión”, explica Raúl Torres-Ruiz

Los investigadores del CNIO han utilizado otra aproximación totalmente distinta para inducir que la célula tumoral se autodestruya. “Nuestra estrategia ha consistido en hacer dos cortes en intrones, regiones no codificantes del gen, localizados a ambos extremos del gen de fusión”, explica Raúl Torres-Ruiz, coautor del trabajo. “De este modo, la célula al intentar reparar por sí sola esas roturas, unirá los extremos cortados produciendo la eliminación completa del gen de fusión que se localiza en medio”. Como este gen es esencial para su supervivencia, esta reparación induce automáticamente la muerte de la célula tumoral.

“En próximos pasos, seguiremos haciendo estudios para analizar la seguridad y eficiencia de nuestra aproximación”, continúa Rodríguez-Perales. “Estos pasos son indispensables para conocer si nuestra aproximación podría ser trasladable en un futuro a un potencial tratamiento clínico. Además, estudiar si nuestra estrategia, que ya hemos visto que funciona en sarcoma de Ewing y leucemia mieloide crónica, también es efectiva en otros tipos de cáncer causados por genes de fusión y para los que ahora mismo no hay terapias eficaces”, concluye.

El trabajo ha sido financiado por el Ministerio de Ciencia e Innovación, el Instituto de Salud Carlos III, el Fondo Europeo de Desarrollo Regional, la Asociación Española Contra el Cáncer (AECC), el European Research Council, la Generalitat de Catalunya, la Red de Terapia Celular, FERO, la Fundación “la Caixa”, la Fundaciò Josep Carreras y la Xarxa de Bancs de Tumors de Catalunya.

Referencia:

Marta Martínez-Lage et a. “In vivo CRISPR/Cas9 targeting of fusion oncogenes for selective elimination of cancer cells”Nature Communications, 2020 DOI: 10.1038/s41467-020-18875-x

Fuente: CNIO
Derechos: Creative Commons.

Un gusano ‘humanizado’ con CRISPR revela puntos débiles del cáncer

Un equipo de investigadores ha imitado en el C. elegans mutaciones genéticas que se encuentran en tumores humanos de mama, próstata y leucemias. Así han identificado vulnerabilidades que servirán para desarrollar terapias más eficaces.

SINC | | 28 octubre 2019

Ejemplar del gusano C.elegans. / Wikipedia

A primera vista, un gusano que mide un milímetro y que hay que observarlo con lupa no se asemeja en nada a un ser humano. Sin embargo, el nematodo Caenorhabditis elegans, un animal modelo usado en investigación biomédica, tiene aproximadamente el mismo número de genes que tenemos los humanos, unos 20.000. Además, la mayoría de los genes humanos que están relacionados con enfermedades tienen un gen muy parecido, un ortólogo, en el gusano C. elegans.

Así, por ejemplo, el gen humano SF3B1 que se encuentra mutado en distintos tipos de cáncer, principalmente en leucemias, pero también en algunos tumores de mama o próstata, es muy similar al gen sftb-1 de C. elegans.

Son tan similares que cuando se observa la secuencia de aminoácidos de la proteína humana SF3B1 en sus regiones más afectadas por mutaciones del cáncer, el 89 % son idénticos. Precisamente alguno de estos aminoácidos conservados desde gusanos hasta humanos son los que se encuentran mutados en algunos tumores.

Un equipo científico del Instituto de Investigación Biomédica de Bellvitge (IDIBELL) ha aprovechado estas similitudes y, a través de la técnica de edición génica CRISPR, ha imitado en C. elegans las mutaciones del gen SF3B1 que se encuentran en tumores humanos. El trabajo de investigación, en el que han colaborado investigadores del Instituto Pasteur de París, ha sido publicado en la revista PLoS Genetics.

Diana para moléculas terapéuticas

De esta forma, se han identificado posibles puntos débiles o vulnerabilidades de las células cancerosas que tienen mutaciones en SF3B1. Los autores apuntan a tres factores que pueden funcionar como dianas para moléculas terapéuticas, de manera que maten a las células cancerígenas con la mutación en SF3B1 pero no a las células normales.

Gracias a la tecnología de CRISPR, el reemplazo funcional de proteínas de C. elegans por sus homólogas humanas permitirá usar estos gusanos humanizados para investigar mecanismos de enfermedad y pronosticar la implicación ciertas mutaciones en el desarrollo de enfermedades. Este sistema también serviría para buscar nuevos fármacos de una manera rápida, eficiente, y éticamente responsable.

Referencia bibliográfica:

Xènia Serrat, Dmytro Kukhtar, Eric Cornes, Anna Esteve-Codina, Helena Benlloch, Germano Cecere, Julián Cerón. PLoS Genetics (21 de octubre de 2019). https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1008464

Zona geográfica: España
Fuente: IDIBELL
Agencia SINC

Logran un antídoto contra la medusa más letal usando técnicas CRISPR

La avispa de mar o medusa de caja es la criatura viva más mortífera del planeta. Cada uno de estos seres contiene suficiente veneno para matar hasta 600 personas. Ahora, científicos australianos han probado la eficacia en ratones de un antídoto que ha sido desarrollado mediante técnicas de edición genética CRISPR.

Ana Hernando | 30 abril 2019

La medusa australiana Chironex fleckeri es uno de los animales más venenosos del mundo. Se encuentra en las aguas costeras más cálidas del norte de Australia y el sudeste asiático. / Jamie Seymour

Investigadores de la Universidad de Sydney (Australia) han descubierto un antídoto contra la picadura mortal de la criatura más venenosa del mundo: la medusa de caja (Chironex flecker), más popularmente conocida como avispa de mar, que habita fundamentalmente en las aguas costeras australianas.

El fármaco ha mostrado eficacia en líneas celulares humanas y en ratones. Los investigadores esperan ahora desarrollar una aplicación tópica para humanos. Los resultados del trabajo se han publicado en el último número de la revista Nature Communications.

La medusa australiana tiene unos 60 tentáculos que pueden crecer hasta tres metros de largo con millones de ganchos microscópicos llenos de veneno. Cada una de ellas, contiene suficiente veneno para matar entre 60 y 600 personas. Una sola picadura causa necrosis de la piel, dolor insoportable y, si la dosis de veneno es lo suficientemente grande, paro cardíaco y muerte en cuestión de minutos.

El equipo liderado por los investigadores Greg Neely y Man-Tat Lau, especializado en el estudio del dolor en el Centro Charles Perkins de la universidad australiana, llevaba tiempo estudiando cómo actúa el veneno de las avispas de mar cuando descubrió el fármaco que bloquea los síntomas de la picadura de esta medusa.

Según comenta Greg Neely a Sinc, “los fármacos actuales tienen efectos limitados, y ninguno es capaz de dirigirse directamente al dolor o a la muerte del tejido, que son algunos de los efectos más inmediatos de la exposición a la toxina. Un obstáculo importante para el desarrollo de nuevos tratamientos es la limitada comprensión molecular de la acción del veneno”, subraya.

Neely y su grupo estaban investigando el funcionamiento del veneno de esta medusa para tratar de entender mejor cómo causa dolor. “Utilizando las nuevas técnicas de edición del genoma CRISPR pudimos ver rápidamente la forma en la que su veneno mata las células humanas”, enfatiza.

Los autores identificaron varios genes esenciales para la toxicidad de las células venenosas, incluyendo aquellos involucrados en la biosíntesis del colesterol, y mostraron que interferir con estos genes aumentaba la resistencia a la toxina de las medusas.

El primer antídoto molecular

Luego administraron un medicamento, llamado 2-hydrosypropyl-β-cyclodextrins, que modula el colesterol y se ha utilizado en humanos para tratar la enfermedad de Niemann-Pick, que redujo el dolor y bloqueó la muerte del tejido en ratones cuando se inyectó hasta quince minutos después de la exposición a la toxina.

El plan futuro es que el medicamento se pueda administrar como un spray o una crema tópica, según el autor.
“Hemos logrado hacer la primera disección molecular de cómo funciona este tipo de toxina, y es posible que funcione con cualquier veneno. Es el primer antídoto molecular», destaca Neely.

El investigador señala que su equipo ha comenzado a aplicar este proceso al estudio de otros venenos, así como de toxinas ambientales que afectan la salud humana. “la detección combinada de CRISPR es asombrosa y poderosa. Es como el punk rock de la investigación biomédica. Nos puede decir rápidamente cómo funcionan realmente los fármacos, las toxinas y los venenos. Está revolucionando la forma en que hacemos ciencia en todo el mundo”, concluye.

Referencia bibliográfica:

Greg Neely y Man-Tat Lau et al. “Molecular dissection of box jellyfish venom cytotoxicity highlights an effective venom antidote”. Nature Communications (30 de abril, 2019) DOI 10.1038/s41467-019-09681-1

Zona geográfica: Oceanía
Fuente: Agencia SINC

Lluís Montoliu: “La tecnología CRISPR ha democratizado la edición genética”

El biólogo molecular Lluis Montoliu narra el pasado, presente y futuro de la edición genética en su nuevo libro Editando Genes: Corta, Pega y Colorea, una recopilación de los hitos que han permitido el desarrollo del corta-pega genético, sus ventajas, limitaciones y los desafíos a los que se enfrenta esta herramienta revolucionaria.

Lucía Torres | 23 febrero 2019 08:00

Lluis Montoliu en su laboratorio en el Centro Nacional de Biotecnología / Lucía Torres

Todo avance científico tiene su historia y, desde luego, este es el caso de las herramientas de edición genética CRISPR, cuyo relato ha sido narrado al detalle en Editando Genes: Corta, Pega y Colorea por Lluís Montoliu (Barcelona, 1963), investigador científico del Centro Nacional de Biotecnología (CNB).

Montoliu integró el uso de las CRISPR en su laboratorio en 2013, solo un año después de que las científicas Jennifer Doudna y Emmanuelle Charpentier publicaran su famoso artículo sobre las tijeras moleculares en Science. También forma parte del comité de ética del CSIC y mantiene una relación cercana con el alicantino Francisco Mojica, una de las personas más relevantes en esta historia. De hecho, fue él quien describió por primera vez este mecanismo natural de las bacterias y lo bautizó con el nombre que es utilizado hoy en todo el mundo.

Tras más de 25 años de investigación a sus espaldas, Montoliu ha escrito el primer libro en castellano sobre estas herramientas de edición, con sus ventajas, limitaciones y desafíos. Es una breve enciclopedia informal dirigida tanto a principiantes como a profesionales. La lectura ordenada no es obligatoria, pues cada capítulo es independiente.

En su libro narra las diferentes técnicas de modificación genética hasta llegar a la actual estrategia CRISPR, que es la verdadera protagonista de su historia. ¿Qué la hace tan especial?

Nos ha cambiado la vida por varios motivos. Esta técnica es más versátil y más sencilla que cualquiera de las anteriores, pero algo fundamental que no se suele tener en cuenta es que es más asequible. Estamos acostumbrados a que las noticias sobre nuevos estudios nos lleguen desde Nueva York, Londres o Estocolmo. Ahora, las nuevas ideas pueden surgir en cualquier lado. Por menos de 1.000 euros uno tiene lo esencial para empezar a realizar estos experimentos. ¿Quién habría imaginado que en muchos países de África se estarían abordando con CRISPR investigaciones sobre variantes vegetales resistentes a la sequía? El bajo coste ha permitido su rápida incorporación por todo el mundo y nos ha traído por primera vez la democratización de la edición genética.

Pero, como cualquier tecnología, tendrá también sus limitaciones…

Son unas herramientas extraordinarias, pero aún hay muchas limitaciones en el proceso de reparación o pegado tras el corte. La restitución natural del ADN después del corte es automática y actúa muy rápido. El problema es que, al operar de forma tan rápida, frecuentemente se equivoca y opta por unas uniones azarosas que generan errores. Cuando lo que queremos es gobernar la corrección e introducir una nueva secuencia que funcione, tenemos que convencer al sistema y esto es lo más complicado. El  resultado deseado va a lograrse en un porcentaje limitado de ocasiones. Se obtienen también individuos con variaciones no deseadas que finalmente tendremos que descartar.

Usted mismo lleva años empleando estas herramientas de edición en sus estudios sobre enfermedades raras, especialmente sobre albinismo en el CNB. ¿Cuál ha sido el mayor cambio que ha experimentado con la llegada de CRISPR?

Se dice que no hay enfermedades, sino enfermos. Enfermedad es ese conjunto de síntomas que padecen de forma parecida un grupo de personas, pero ni todas tienen los mismos síntomas, ni siempre se manifiestan con la misma intensidad. Sabemos, por ejemplo, que existen veinte genes que cuando dejan de funcionar dan lugar a tantos tipos de albinismo. Con mi equipo hacemos diagnóstico genético, es decir, identificamos qué gen está afectado y causa la patología.

Ahora, gracias a CRISPR, hemos dado un salto cualitativo porque podemos insertar, mediante una edición más precisa y rápida, la mutación del paciente en un ratón y observarlo para entender y aliviar los síntomas a través de este modelo animal. Vamos hacia una medicina personalizada de precisión.

¿Y hasta qué punto los resultados en este ratón se pueden trasladar al paciente?

Los ratones y los humanos compartimos prácticamente todos nuestros genes, lo cual quiere decir que podemos ‘preguntarle’ al ratón cómo funciona ese gen que hemos insertado. Actualmente, estamos analizando el efecto de posibles fármacos en ratones mutados para no arriesgarnos y asegurarnos de que en un futuro no repercutan de manera negativa en los pacientes. Ahora bien, siempre con la distancia debida y sin ser ingenuo, pues un ratón es un ratón y un humano es un humano.

Hay que destinar el tiempo necesario a los ensayos para verificar antes la seguridad que la eficacia. No solamente tenemos que hacer el bien, sino que tenemos que tratar de no hacer el mal. Si uno no cree oportuno que se pueda utilizar todavía en pacientes lo que se está probando en el laboratorio, hay que decirlo.

¿Entonces la herramienta CRISPR no está preparada para ser empleada directamente en pacientes?

Las CRISPR no están preparadas para su uso masivo y rutinario en terapia. En este aspecto, hay un problema inherente en el trasiego, es decir, en cómo llevamos el componente que queremos hasta el ADN de la célula. Se ha popularizado el uso de virus como transporte, pero se ha observado que estos no son realmente eficaces y suelen provocar consecuencias no deseadas. En mi opinión, el futuro no está en los sistemas de entrega virales, sino en nanopartículas construidas en el laboratorio para llevar el componente CRISPR Cas a la célula en cuestión.

En cambio, técnicamente, sí que se ha demostrado un traslado eficaz en embriones…

Nosotros en el laboratorio utilizamos terapia génica en embriones animales. En agricultura y ganadería las CRISPR son gloria bendita, pero esta práctica en humanos es ilegal en muchos países. Esto se debe a que, entre otras razones, no controlamos al cien por cien el resultado final del proceso. Como he explicado, una de las mayores limitaciones es que hasta alcanzar el objetivo que nos hemos marcado, obtendremos muchos resultados indeseados. Esta incertidumbre se puede gestionar en animales o vegetales, pero es éticamente inviable en humanos.

El chino Jiankui He no parece haber pensado lo mismo…. 

Lo que ha hecho este investigador, además de ser ilegal, es irresponsable. A estas niñas a la que les modificó el genoma se les ha transmitido un riesgo por el que van a tener que ser supervisadas durante toda su vida. No tenemos la necesidad de resolver estos problemas editando embriones. Existen técnicas muy efectivas, como el diagnóstico genético preimplantacional, para escoger los embriones generados in vitro que estén exentos de la enfermedad que puedan transmitir los padres. Hay infinidad de alternativas que son éticamente y científicamente más recomendadas y no suponen un riesgo para la salud de las personas.

En Editando genes usted insiste en las ventajas del uso de CRISPR en ganadería y agricultura. ¿Hay alguna razón para que la UE limite su uso en la producción alimentaria?

Pretender legislar contra este proceso es absurdo. Tenemos una legislación que está basada en el principio de precaución para cuando no sabemos cuáles pueden ser las consecuencias y, como no lo sabemos, frenamos o prohibimos estos procesos. Estas medidas están bien cuando empiezas, pero cuando llevas más de 20 o 30 años de experiencia de organismos modificados genéticamente, que demuestran que no ha habido ningún problema para la salud humana ni para el medioambiente, pues será que no lo hay.

Las legislaciones actuales obligan a las empresas a pagar estudios carísimos para demostrar que sus productos no son perjudiciales y poder comercializarlos. Son estudios que inicialmente podrían estar justificados, pero que cada vez lo están menos porque la evidencia científica dice que en ningún caso se ha demostrado nada. La regulación se anticipa a un posible mal que no va a venir, porque la experiencia ha demostrado que no va a llegar. Esta postura es absurda y, por ello, la sentencia del 26 de junio de 2018 fue un jarro de agua fría.

¿Puede recordarnos que ocurrió el pasado 26 de junio?

Ese día, el tribunal de la Directiva Europea consideró a los organismos obtenidos por mutagénesis como organismos modificados genéticamente (OMG). Esta sentencia equipara los riesgos de estos organismos con los de los transgénicos, y les obliga a demostrar su seguridad y su toxicidad pasando por todo un dosier de estudios y análisis previos. La letra pequeña de esto quiere decir que condena a las empresas a invertir y destinar muchos recursos en garantizar la seguridad de algo que ya sabemos que es seguro, con lo cual va a producir que las empresas se digan: “¿Sabéis qué? Aquí os quedáis. Me voy a ir a Brasil, EE UU o China, que tienen unas regulaciones más modernas y fundamentadas”. Ante estos acontecimientos, la comunidad científica ha reaccionado para intentar promover el cambio de la Directiva de 2001, al no poder recurrir la sentencia del tribunal de la UE. Lo que no puede ser es que nos sigamos rigiendo por las mismas reglas que en los años 90. La ciencia ha cambiado mucho desde entonces.

¿Por qué cree que ocurre esta situación en Europa?

Hay una serie de grupos de presión que tienen sus agendas e intereses. Todo lo que es la agricultura llamada bio y ecológica mueve millones de euros, por lo que esta gente quiere preservar su modelo de negocio. Ha habido una campaña de desinformación muy bien orquestrada.

Zona geográfica: España
Fuente: SINC