Edición de ARN con Crispr-Cas13: Ampliando los horizontes de la ingeniería genética

Genética

La técnica CRISPR, es una herramienta de vanguardia en ingeniería genética, que generalmente emplea la proteína Cas9 junto con ARN guía para modificar secuencias específicas de ADN. Sin embargo, una variante innovadora de esta técnica, conocida como CRISPR-Cas13, está abriendo nuevas posibilidades al dirigirse al ARNm en lugar del ADN.


Cas13: más que un simple corte

El sistema CRISPR se basa en la utilización de un ARN guía y una enzima Cas para realizar ediciones genéticas. La enzima Cas, como Cas9 o Cas13, es la que realiza el corte en el material genético.

Cas9 es la enzima más comúnmente utilizada en CRISPR. Se une al ADN en el lugar exacto que el ARN guía ha señalado y realiza un corte. Una vez que el ADN es cortado, la célula intenta reparar el corte y durante este proceso de reparación, los científicos pueden introducir cambios en el gen.

Sin embargo, recientemente se ha desarrollado un sistema innovador que utiliza ARN guía y presenta una variación respecto a la típica enzima Cas9, utilizada para cortar el ADN. En lugar de Cas9, se emplea una alternativa de corte de ARN denominada Cas13. A diferencia de Cas9, el complejo de Cas13 y ARN guía se desplaza hacia un nuevo objetivo: el ARNm.

Imagen N°1: En el sistema CRISPR-Cas9 se corta el ADN, a diferencia del sistema CRISPR-Cas13 que actúa sobre el ARNm para evitar la producción de la proteína.

En este contexto, al utilizar el sistema CRISPR-Cas13 no se estaría llevando a cabo ninguna edición directa del ADN. Esta estrategia evita el riesgo potencial de introducir cambios permanentes o, en casos más problemáticos, de cortar el ADN en sitios no deseados. Como el ARNm tiene un tiempo de vida limitado dentro de la célula, cualquier error que se cometa se desvanece rápidamente. CRISPR-Cas13 se dirige hacia el ARNm objetivo, lo que conduce a su eliminación e impide que genere su proteína específica. Esto es equivalente a desactivar el gen correspondiente.


Aplicaciones de Crispr-Cas13 en investigación básica y terapéutica biomédica

Estudios de desarrollo

Recientemente, se ha puesto en marcha el uso de CRISPR-Cas13 en diversos modelos de organismos con el fin de explorar el funcionamiento genético y su influencia en el desarrollo. Esta herramienta se ha empleado para la eliminación selectiva de ciertos ARNm, proporcionando valiosos conocimientos en la biología molecular. Por ejemplo, se investigó su aplicación en embriones de pez cebra, descubriendo que la forma específica de Cas13, CasRx, puede reducir la actividad de genes específicos sin afectar negativamente a las células ni interferir con la expresión de otros genes.

En otro estudio, utilizaron CasRx en moscas de la fruta, desarrollando un método para regular la actividad génica. Sin embargo, observaron efectos negativos en las células, lo que plantea la necesidad de investigaciones adicionales para perfeccionar esta técnica en modelos de organismos. Estos hallazgos resaltan el potencial de CRISPR-Cas13 en la investigación del desarrollo, aunque también señalan la importancia de abordar sus limitaciones para su aplicación óptima.

Terapia del cáncer

Se realizó un estudio en el que se utilizó el sistema CRISPR-CasRx para atacar y eliminar la transcripción mutante de KrasG12D  en células de cáncer de páncreas. Incorporaron el sistema CRISPR-CasRx y el ARNg específico dirigiendo el sistema hacia el transcripto KrasG12D, lo que resultó en la reducción del crecimiento tumoral y una mayor sensibilidad a la quimioterapia en modelos de ratones. Por lo tanto, CRISPR-Cas13 puede explotarse para la eliminación programable de cualquier transcripción mutante y, en consecuencia, inhibir la tumorigénesis.

Otra área prometedora de investigación es el uso de CRISPR-Cas13 en combinación con terapias celulares adoptivas, como la terapia CAR-T. Estas terapias implican la modificación genética de las células T del paciente para que reconozcan y ataquen específicamente las células cancerosas.

Sin embargo, si las células CAR T se activan demasiadas veces debido a una infección crónica o un tumor a largo plazo, pierden eficacia.

Para revitalizar a las células T agotadas, los investigadores diseñaron sistemas CRISPR que se dirigen a moléculas de ARNm involucradas en funciones que incluyen la producción de energía y el metabolismo del azúcar. Las células T tratadas con el sistema CRISPR-Cas13 dejaron de expresar señales moleculares de agotamiento. Estas células mejoraron en la reducción de tumores en ratones.

Es importante mencionar que aunque estos resultados son prometedores, se necesitan más investigaciones para confirmar estos hallazgos y para explorar su aplicabilidad en humanos.

Diagnóstico molecular

Recientemente se experimentó con dos tipos de Cas13, uno de Eubacterium siraeum (Es) y otro de Ruminococcus sp. (Rsp), en la detección de ácidos nucleicos. Descubrieron que ambos Cas13 son capaces de identificar rápidamente ARN objetivo en el rango picomolar, incluso en los niveles más bajos de títulos virales. Además, estos Cas13 pueden identificar variaciones de un solo nucleótido con un alto grado de sensibilidad y precisión.

Por lo tanto, el sistema CRISPR-Cas13 tiene el potencial de ser utilizado como una herramienta de diagnóstico molecular novedosa para la detección de una variedad de virus patógenos, así como para la identificación de genes biomarcadores en diversas enfermedades.

Además, los resultados experimentales sugieren que Cas13 (también conocido como CasRx) puede ser empleado como un módulo de unión al ARN que se puede programar para dirigirse eficientemente al ARN celular. Esto proporciona una plataforma versátil para la ingeniería del transcriptoma y el desarrollo futuro de diagnósticos y terapias. En otras palabras, Cas13 puede ser programado para unirse y cortar ARN específicos en una célula, lo que podría ser beneficioso para la regulación de la expresión génica, el diagnóstico de enfermedades o incluso el desarrollo de terapias.


Consideraciones finales y perspectivas

CRISPR ha marcado un hito en la ingeniería genética y epigenética, ofreciendo herramientas poderosas para la manipulación precisa de material genético. Aunque su enfoque inicial se centró en la edición del ADN, los desafíos asociados han dirigido la atención hacia la edición del ARN, un proceso más temporal y menos invasivo.

El sistema CRISPR-Cas13 ha destacado por su utilidad en el estudio de desarrollo y la identificación de genes biomarcadores en diversas enfermedades. No obstante, persisten desafíos importantes, como la posibilidad de escisión colateral y la necesidad de mejorar la eficacia en la entrega del sistema.

A pesar de estos obstáculos, se vislumbra un amplio espectro de aplicaciones para Cas13 más allá de la edición de transcriptomas. Con un mayor entendimiento de su funcionamiento, los científicos podrán desarrollar variantes de Cas13 con mayor precisión y especificidad, lo que ampliará aún más su potencial.

Aunque la tecnología CRISPR, en particular Cas13, se encuentra en una etapa temprana de desarrollo, ofrece un vasto horizonte de oportunidades en medicina y biología. Desde la detección temprana de enfermedades hasta la regulación génica terapéutica, su potencial es extraordinario. Sin embargo, se requiere un continuo esfuerzo en investigación y desarrollo para superar los desafíos técnicos y de seguridad antes de que pueda ser implementada de manera efectiva y segura en aplicaciones clínicas humanas.


Bibiografía

Tieu, V., Sotillo, E., Bjelajac, J., Chen, C., Malipatlolla, M., Guerrero, J. A., Xu, P., Quinn, P. J., Fisher, C., Klysz, D., Mackall, C. L., & Qi, L. S. (2024). A versatile CRISPR-Cas13d platform for multiplexed transcriptomic regulation and metabolic engineering in primary human T cells. Cell. https://doi.org/10.1016/j.cell.2024.01.035

Cox, D. B. T., Gootenberg, J. S., Abudayyeh, O. O., Franklin, B., Kellner, M. J., Joung, J., & Zhang, F. (2017). RNA editing with CRISPR-Cas13. Science, 358(6366), 1019–1027. https://doi.org/10.1126/science.aaq0180

Kushawah, G., Hernandez-Huertas, L., Del Prado, J. A., Martı́nez-Morales, J. R., DeVore, M. L., Hassan, H., Moreno-Sánchez, I., Tomás-Gallardo, L., Díaz‐Moscoso, A., Monges, D. E., Guelfo, J. R., Theune, W. C., Brannan, E. O., Wang, W., Corbin, T. J., Moran, A., Alvarado, A. S., Málaga-Trillo, E., Takacs, C. M., Moreno-Mateos, M. A. (2020). CRISPR-CAS13D induces efficient mRNA knockdown in animal embryos. Developmental Cell, 54(6), 805-817.e7. https://doi.org/10.1016/j.devcel.2020.07.013

Qiao, X., Gao, Y., Li, J., Wang, Z., Qiao, H., & Qi, H. (2021). Sensitive analysis of single nucleotide variation by Cas13d orthologs, EsCas13d and RspCas13d. Biotechnology and Bioengineering, 118(8), 3037–3045. https://doi.org/10.1002/bit.27813

Jiang, W., Li, H., Liu, X., Zhang, J., Zhang, W., Li, T., Liu, L., & Yu, X. (2020). Precise and efficient silencing of mutant KrasG12D by CRISPR-CasRx controls pancreatic cancer progression. Theranostics, 10(25), 11507–11519. https://doi.org/10.7150/thno.46642

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