Pesquisadores do Broad Institute of MIT e Harvard desenvolveram uma nova versão de edição principal que pode instalar ou trocar sequaªncias de DNA do tamanho de um gene. Desenvolvida pela primeira vez em 2019, a edição principal éum manãtodo preciso de fazer uma ampla diversidade de edições de genes em células humanas, incluindo pequenas substituições, inserções e deleções.

Em um estudo publicado hoje na Nature Biotechnology , a equipe descreve a edição twin prime (twinPE), uma técnica que faz duas edições principais adjacentes para introduzir sequaªncias maiores de DNA em locais específicos no genoma com poucos subprodutos indesejados. Com um maior desenvolvimento, a tecnologia poderia ser usada como uma nova forma de terapia genanãtica para inserir genes terapaªuticos de maneira segura e altamente direcionada para substituir genes mutantes ou ausentes.

Os pesquisadores demonstraram o potencial terapaªutico do TwinPE ao editar, em células humanas , um gene ligado a  sa­ndrome de Hunter, uma doença genanãtica rara. Esta doença écausada por uma inversão de um trecho de DNA especa­fico de 40.000 pares de bases. A equipe usou o twinPE para introduzir uma inversão de comprimento semelhante no mesmo local do genoma, mostrando como o manãtodo poderia ser usado para corrigir a mutação causadora da doena§a. A equipe também usou PE gaªmeo para inserir com precisão a carga de DNA do tamanho de um gene de milhares de pares de bases em locais terapeuticamente relevantes no genoma.

A abordagem aborda uma limitação do sistema de edição principal original, que pode editar apenas várias dezenas de pares de bases. No entanto, o estudo ou tratamento de algumas doenças genanãticas pode exigir edições maiores. Como o manãtodo de edição principal original, o twinPE também não corta completamente a dupla hanãlice do DNA, cortando ambas as fitas simultaneamente no mesmo local, o que pode induzir resultados de edição mal controlados e anormalidades cromossa´micas prejudiciais.

"Inserir um gene sauda¡vel em um paciente em um local de nossa escolha sem gerar quebras de fita dupla e misturas de subprodutos tem sido um dos desafios de longa data na edição de genes", disse David Liu, autor saªnior do estudo, Richard Merkin Professor e diretor do Instituto Merkin de Tecnologias Transformativas em Saúde do Broad Institute, professor da Universidade de Harvard e investigador do Howard Hughes Medical Institute.

“TwinPE pode ser uma forma potencialmente mais segura e precisa de inserir genes inteiros de interesse terapaªutico em posições que especificamos, como a localização do gene nativo em indivíduos sauda¡veis ​​ou locais de 'porto seguro' que minimizam o risco de efeitos colaterais. "

A edição principal, desenvolvida pelo laboratório de Liu, permite substituições, inserções e exclusaµes de DNA, e promete corrigir a maioria das variações genanãticas conhecidas que causam doena§as. Melhorias recentes na tecnologia de edição principal aumentaram sua eficiência, aproximando-se mais das aplicações terapaªuticas. Mas editar sequaªncias com mais de 100 pares de bases permaneceu ineficiente.

A edição Twin Prime preenche essa lacuna. O sistema usa uma protea­na de editor principal e dois RNAs de guia de edição principal, que orientam a ma¡quina de edição e codificam as edições. Cada um dos dois RNAs guia direciona a protea­na de edição para fazer um corte de fita simples no DNA em diferentes locais-alvo no genoma, evitando o tipo de quebra de fita dupla que cria subprodutos indesejados em outros manãtodos. O sistema então sintetiza duas novas fitas complementares de DNA contendo a sequaªncia desejada entre os dois nicks. Usando essa abordagem, a equipe foi capaz de inserir, substituir ou excluir sequaªncias de atécerca de 800 pares de bases.

Para editar sequaªncias ainda maiores, os pesquisadores usaram seu sistema de edição de gaªmeos prima¡rios para instalar "locais de aterrissagem" no genoma para enzimas chamadas recombinases especa­ficas do local, que catalisam a integração do DNA em locais específicos do genoma. A equipe então tratou as células com uma enzima recombinase e introduziu os longos pedaço s de DNA que eles queriam inserir no genoma. A combinação de PE gaªmeo e enzimas recombinase permitiu aos cientistas editar sequaªncias com milhares de pares de bases - o comprimento de genes inteiros .

Liu e sua equipe agora estãotestando diferentes recombinases que podem tornar o twinPE mais eficiente. Eles também estãoavaliando a capacidade do TwinPE de instalar sequaªncias genanãticas ainda mais longas.

"a‰ uma aspiração de longa data de muitos laboratórios, incluindo o nosso, ser capaz de avana§ar a terapia genanãtica da mesma forma que os cientistas avana§aram na edição de genes nos últimos anos", disse Liu. "Este estudo, junto com outros esforços de outros cientistas, pode marcar o ini­cio de uma nova geração de estratanãgias de terapia genanãtica, assim como nucleases CRISPR, editores de base e editores principais representaram o ini­cio de uma nova geração de tecnologias de edição de genes."