Este avanço do CRISPR ativa genes sem cortar o DNA
Cientistas da UNSW Sydney desenvolveram uma nova forma de tecnologia CRISPR que pode tornar a terapia genética mais segura, ao mesmo tempo em que resolve um debate de décadas sobre como os genes são desligados. A pesquisa mostra que pequenos marcadores químicos anexados ao DNA efetivamente silenciam os genes, em vez de simplesmente aparecer como subprodutos inofensivos em regiões inativas do genoma.
Durante anos, pesquisadores questionaram se grupos metila, pequenos aglomerados químicos que se acumulam no DNA, aparecem apenas onde os genes já estão desligados ou se são a causa direta da supressão genética.
Em um estudo publicado recentemente na Nature Communications, pesquisadores da UNSW, em colaboração com colegas do St Jude Children’s Research Hospital (Memphis), demonstraram que remover essas marcas químicas faz com que os genes se tornem ativos novamente. Quando as marcas foram adicionadas de volta, os genes foram desligados novamente. Os resultados confirmam que a metilação do DNA controla diretamente a atividade genética.
“Mostramos de forma muito clara que, se você tirar a poeira, o gene liga,” diz o autor principal do estudo, Professor Merlin Crossley, Vice-Chanceler Acadêmico da UNSW.
“E quando adicionamos os grupos metila de volta aos genes, eles desligaram novamente. Portanto, esses compostos não são poeira — eles são âncoras.”
Como a Tecnologia CRISPR Evoluiu
CRISPR, sigla para Repetições Palindrômicas Curtas Agrupadas e Regularmente Intercaladas, é a base da moderna tecnologia de edição genética. Permite que os cientistas localizem sequências específicas de DNA e façam alterações direcionadas, muitas vezes substituindo cópias genéticas defeituosas por versões saudáveis.
O sistema é baseado em um mecanismo de defesa natural encontrado em bactérias, que usam o CRISPR para reconhecer e cortar o DNA de vírus invasores.
As versões iniciais das ferramentas CRISPR funcionavam cortando o DNA para desativar genes com mau funcionamento. Versões posteriores tornaram-se mais precisas, permitindo que os cientistas corrigissem letras individuais no código genético. No entanto, ambas as abordagens dependem da quebra de cadeias de DNA, o que pode levar a mudanças indesejadas e aumentar o risco de efeitos colaterais graves.
A versão mais recente, conhecida como edição epigenética, adota uma abordagem diferente. Em vez de cortar o DNA, ela direciona marcadores químicos anexados a genes dentro do núcleo de cada célula. Ao remover grupos metila de genes que foram silenciados, os pesquisadores conseguem restaurar a atividade genética sem alterar a sequência de DNA subjacente.
Novas Possibilidades para o Tratamento da Doença Falciforme
A equipe acredita que essa abordagem pode levar a tratamentos mais seguros para doenças relacionadas à doença falciforme. Essas condições hereditárias afetam a forma e a função das células vermelhas do sangue, muitas vezes causando dor severa, danos a órgãos e redução da expectativa de vida.
“Sempre que você corta o DNA, há o risco de câncer. E se você está fazendo uma terapia genética para uma doença que dura a vida toda, esse é um tipo de risco ruim,” diz o Prof. Crossley.
“Mas se pudermos fazer terapia genética que não envolva cortar cadeias de DNA, então evitamos essas armadilhas potenciais.”
Em vez de cortar o DNA, a nova técnica usa um sistema CRISPR modificado para entregar enzimas que removem grupos metila. Esse processo libera os freios genéticos que mantêm certos genes desligados. Um alvo chave é o gene da globina fetal, que ajuda a transportar oxigênio antes do nascimento. Reativar esse gene após o nascimento pode ajudar a contornar os defeitos no gene da globina adulta que causam doenças falciformes.
“Você pode pensar no gene da globina fetal como as rodinhas de uma bicicleta de criança,” diz o Prof. Crossley. “Acreditamos que podemos fazê-las funcionar novamente em pessoas que precisam de novas rodas.”
O Que a Pesquisa Mostra Até Agora
Até o momento, todos os experimentos foram realizados em ambientes de laboratório usando células humanas na UNSW e em Memphis.
A coautora do estudo, Professora Kate Quinlan, afirma que os achados podem ter implicações de grande alcance além da doença falciforme. Muitas condições genéticas envolvem genes que estão inadequadamente ativados ou desativados, e ajustar os grupos metila pode oferecer uma maneira de corrigir esses problemas sem danificar o DNA.
“Estamos empolgados com o futuro da edição epigenética, pois nosso estudo mostra que permite aumentar a expressão gênica sem modificar a sequência de DNA. Terapias baseadas nessa tecnologia provavelmente terão um risco reduzido de efeitos negativos indesejados em comparação com as primeiras ou segundas gerações de CRISPR,” ela diz.
Olhando para o futuro, os pesquisadores descrevem como a terapia pode um dia funcionar na prática. Os médicos coletariam células-tronco sanguíneas do paciente, que produzem células vermelhas do sangue. No laboratório, a edição epigenética seria usada para remover as marcas metilas do gene da globina fetal, reativando-o. As células editadas seriam então devolvidas ao paciente, onde poderiam se estabelecer na medula óssea e começar a produzir células sanguíneas mais saudáveis.
Os Próximos Passos na Edição Epigenética
As equipes de pesquisa da UNSW e do St Jude planejam testar a abordagem em modelos animais e continuar explorando ferramentas adicionais baseadas em CRISPR.
“Talvez a coisa mais importante é que agora é possível direcionar moléculas para genes individuais,” diz o Prof. Crossley.
“Aqui removemos ou adicionamos grupos metila, mas isso é apenas o começo; há outras mudanças que podem ser feitas, aumentando nossas capacidades de alterar a produção gênica para fins terapêuticos e agrícolas. Este é apenas o começo de uma nova era.”
