Proteínas de origen humano utilizadas en la herramienta DREAM

Publicado en Naturaleza Métodos, Los bioingenieros de la Universidad Rice desarrollaron una herramienta que activa genes silenciosos o insuficientemente expresados ​​utilizando proteínas de origen humano denominadas factores de transcripción mecanosensibles. Estos permiten naturalmente a las células activar genes específicos en respuesta a señales mecánicas.

Llamado CRISPR-DREAM, que significa CRISPR-dCas9 Reclutó un módulo de activación mejorado o DREAM para abreviar, la herramienta es más pequeña, más efectiva y menos tóxica para los tipos de células médicamente útiles en comparación con otras tecnologías utilizadas para controlar la expresión genética. Puede permitir terapias celulares y genéticas más seguras y modelos de enfermedades más precisos para abordar los trastornos de haploinsuficiencia que causan varias afecciones difíciles de tratar, como epilepsiaalgunas formas de cáncer, inmunodeficiencia y enfermedad de Alzheimer (EA).

El Dr. Isaac Hilton, profesor asistente de Bioingeniería y Biociencias en la Universidad Rice, dijo: “Muchas enfermedades humanas son provocadas por problemas relacionados con la producción insuficiente de un gen”. Continuó: “Te encuentras con estos problemas de salud en los que las personas no producen suficiente cantidad de una determinada proteína o producto genético y, en esos casos, desafortunadamente, a menudo hay pocas opciones terapéuticas”.

Para abordar este problema, los investigadores han utilizado sistemas de focalización basados ​​en CRISPR para crear factores de transcripción sintéticos de vanguardia. La mayoría de estas herramientas están construidas con materiales de origen no humano, lo que puede tener efectos secundarios no deseados.

“Uno de los desafíos de algunas de las tecnologías actuales es que se construyen utilizando proteínas virales que han evolucionado para reprogramar el funcionamiento de nuestras células, y lo hacen de maneras que, por supuesto, no son necesariamente beneficiosas”, dijo Hilton. “Y aunque se pueden diseñar elementos derivados de virus para que funcionen en beneficio de la célula huésped, nosotros y otros hemos observado en nuestra investigación que aún pueden causar cierta toxicidad en las células humanas”.

En lugar de depender de proteínas derivadas de virus, Barun Mahata, investigador postdoctoral en el laboratorio de Hilton y autor principal del estudio, se esforzó por emplear factores de transcripción que las células humanas ya producen y utilizan. Mahata fusionó las partes específicas de estas proteínas responsables de activar genes con plataformas de entrega programables basadas en CRISPR con un método destinado a mejorar sus poderes transcripcionales.

“Aprovechamos la capacidad natural de los factores de transcripción de origen humano, o proteínas responsables de la síntesis de genes en las células de nuestro cuerpo”, dijo Mahata. “Las unidades de activación de la transcripción que construimos funcionan de manera muy precisa. Inducen actividad genética en el lugar donde los dirigimos y pueden activar una transcripción muy rápida y sólida”.

También ayudan a abordar otra desventaja de las actuales plataformas sintéticas de activación de genes, que a menudo son demasiado grandes para su entrega eficiente a las células humanas.

“Lo que hicimos fue buscar pequeños segmentos de proteínas humanas que pudiéramos aprovechar para aplicar estas tecnologías en células humanas de manera más efectiva”, dijo Hilton. “Cuando comenzamos este proyecto de construir factores de transcripción sintéticos con proteínas de origen humano, queríamos identificar el material de origen ideal, siendo la compacidad un factor clave”.

Los factores de transcripción mecanosensibles humanos (proteínas que nuestras células y órganos utilizan para responder a fuerzas mecánicas) cumplieron con los criterios de los investigadores, siendo relativamente pequeños, de acción rápida y ampliamente utilizados por casi todos los tipos de células humanas.

Además, el equipo activó hasta 16 ubicaciones diferentes en el genoma simultáneamente, un número récord para factores de transcripción sintéticos.

“La razón por la que esa capacidad es particularmente importante es porque cuando nuestras células realizan una función, no se trata sólo de que activen un solo gen”, explicó Hilton. “En cambio, normalmente activan constelaciones o redes de genes enteras en concierto. Y ahora podemos utilizar estos factores de transcripción sintéticos para imitar y diseñar lo que nuestras células hacen de forma natural”.

Los investigadores demostraron que la herramienta DREAM se puede utilizar para convertir células de la piel en células madre pluripotentes inducidas (iPSC) en una placa como ejercicio de prueba de concepto, una hazaña que, según Hilton, conlleva una “tremenda utilidad biomédica” en el futuro.