Las herramientas CRISPR han supuesto un giro total en la edición genética y en cómo utilizarla tanto como herramienta en la investigación como para el tratamiento directo de enfermedades. Desde su descubrimiento, su utilización ha sido masiva y ha provocado grandes progresos en multitud de campos de la investigación biomédica.
Hace unos días, la primera terapia basada en estas herramientas de edición genética ha sido aprobada por una agencia reguladora. Esta terapia ayudará a tratar a los pacientes con beta-talasemia y anemia falciforme. ¿Quieres saber un poco más de las herramientas CRISPR y de cómo funciona esta nueva terapia para el tratamiento de estas enfermedades?
CRISPR: una revolución en la edición genética
Desde que Francis Mojica y su equipo descubrieron en 1993 secuencias repetitivas en el genoma de arqueas, y posteriormente en bacterias, el progreso que el sistema CRISPR-Cas9 ha aportado en la edición genética ha sido enorme. El descubrimiento, que posteriormente en 2020 daría el Premio Nobel de Química a Jennifer Doudna y Emmanuelle Charpentier, marcó un antes y un después, al convertirse en una herramienta clave para modificar secuencias genéticas.
Se pudo confirmar que las secuencias descubiertas provenían de virus bacteriófagos, y que formaban parte de un mecanismo de defensa bacteriano, mediante el cual las bacterias adquieren secuencias del organismo invasor y se protegen de futuras infecciones. Los locus CRISPR contienen, por tanto, secuencias repetitivas en las que se “almacena” material genético perteneciente a organismos invasores, además de la información para sintetizar nucleasas Cas (enzimas capaces de cortar el ADN). A partir de estas secuencias la bacteria sintetiza moléculas de ARNcr, que son capaces de asociarse a estas nucleasas Cas y guiarlas para cortar el ADN del virus bacteriófago invasor, evitando la infección vírica.
Si con un ARN que actúa como guía y una nucleasa que corta el ADN la bacteria es capaz de destruir el ADN del bacteriófago invasor y evitar la infección, ¿por qué no crear ARNs guía para editar el ADN a nuestro gusto? Aquí reside principalmente el gran potencial de las herramientas CRISPR-Cas9 en biología molecular: la edición genética “a la carta”.
Estas posibilidades de editar el genoma según deseemos simplemente creando un ARN guía para la secuencia a cortar ha llevado a tratar de aplicar esta herramienta para la corrección de mutaciones y trastornos genéticos causantes de enfermedades. Como veremos posteriormente en este artículo, y a pesar de haberse tardado un tiempo desde su descubrimiento, la primera terapia basada en CRISPR ya ha sido aprobada por una agencia reguladora.
La beta-talasemia y la anemia falciforme: una breve explicación de estas enfermedades raras
Después de esta breve introducción a las herramientas CRISPR-Cas, nos adentramos ya en la nueva terapia aprobada por la MHRA (Medicines and Health-care products Regulatory Agency) en el Reino Unido. Y para ello es importante conocer antes las enfermedades raras que se pretenden tratar con esta terapia: la beta-talasemia y la anemia falciforme.
Ambas enfermedades tienen su origen en mutaciones en el gen HBB, codificante para la β-globina, una de las cadenas que forman la hemoglobina. La hemoglobina, presente en los hematíes o glóbulos rojos, se encarga de llevar oxígeno a todas las células del organismo, y está formada por dos cadenas de α-globina y dos cadenas de β-globina. Si, como ocurre en estas enfermedades, existen mutaciones que afectan a una de las cadenas, se impide la formación correcta de la hemoglobina o que esta esté en menor proporción en los hematíes. Por tanto, el oxígeno no podrá llegar correctamente a todas las células del cuerpo humano causando fatiga, debilidad o déficit en el crecimiento entre otros síntomas.
En el caso de la anemia falciforme, se trata de una mutación concreta en el sexto aminoácido de la β-globina, que causa la producción de una hemoglobina inactiva (con menor capacidad para transportar el oxígeno). Esta hemoglobina es capaz de polimerizar dentro de los hematíes o glóbulos rojos y causar que estos tomen forma de cayado u hoz, como se puede ver en la imagen. Además de la mala distribución del oxígeno, estos glóbulos rojos pueden obstruir los vasos sanguíneos provocando embolias.
La beta-talasemia no se produce por una mutación concreta sino que existen numerosas mutaciones (más de 200) diferentes que pueden causar diferentes variantes de esta enfermedad. Al igual que en la anemia falciforme, la producción de hemoglobina está reducida y la oxigenación de las células del organismo se hace más complicada. En ambos casos las soluciones pasan por transfusiones continuas de sangre o trasplantes de médula ósea. Por lo menos hasta ahora.
Casgevy: la primera terapia aprobada basada en CRISPR
Conociendo el fundamento de los trastornos debemos preguntarnos en qué consiste esta nueva terapia, y cómo mediante edición genética se pueden tratar estas enfermedades.
Como podemos ver en el gráfico, la β-globina es la que está presente en adultos, pero existen otras globinas como la fetal (γ) y la embrionaria (ε) que están presentes en etapas anteriores. La globina embrionaria es la que el organismo utiliza hasta el tercer mes de gestación y la globina fetal hasta el nacimiento. Posteriormente la producción de estas globinas se desactiva y nuestro organismo utiliza solamente la β-globina. Es en este momento, cuando la β-globina sustituye a la globina fetal, cuando los síntomas de la beta-talasemia y la anemia falciforme comienzan a ser visibles, por las alteraciones presentes en esta β-globina.
En los enfermos de beta-talasemia o de anemia falciforme la β-globina está mutada, por ello se pensó como estrategia para superar este problema en poder reactivar la globina fetal para que pueda suplir la función de la adulta. Esta idea que parece de primeras demasiado osada es realmente posible.
Esto es lo que se plantearon Daniel Bauer y los miembros de su grupo de investigación en el Boston Children´s Hospital. Por ello, se centraron en descubrir por qué la globina fetal no se produce en adultos, es decir, cuál es el mecanismo por el cual nuestro cuerpo es capaz de sustituir una globina por otra tras el nacimiento. La respuesta obtenida, y ya publicada en 2012, fue que la producción de globina fetal está frenada por una proteína represora: BCL11A.
La investigación llevó a conocer la secuencia del gen BCL11A que codifica para este represor, y se descubrió una región reguladora en esta secuencia que, al eliminarse, causaba una menor expresión de la proteína represora. Al limitar la expresión (y no eliminar por completo este represor ya que realiza importantes funciones en el sistema inmune), la globina fetal se incrementará y podrá suplir a la globina adulta mutada en enfermos de beta talasemia y anemia falciforme. Esto es lo que permite el sistema CRISPR-Cas9, capaz de editar esta secuencia gracias a un ARN guía y a la enzima Cas9.
La terapia Casgevy, motivo principal de este artículo, es una terapia celular ex vivo que consiste por tanto en extraer células madre sanguíneas (HSC o células troncales hematopoyéticas) del paciente y eliminar en ellas la región reguladora del gen BCL11A. Una vez editadas, se “devuelven” al paciente para que los hematíes o glóbulos rojos generados a partir de ese momento contengan moléculas de hemoglobina con dos cadenas de α-globina y otras dos de la globina fetal (γ-globina).
De esta forma se puede restituir la hemoglobina y sus funciones en los pacientes, como se ha comprobado en los ensayos clínicos previos a su aprobación. En enfermos de anemia falciforme, en 28 de los 29 participantes en el ensayo se ha demostrado la eficacia de la terapia, dejando de necesitar transfusiones continuas. Y de igual forma ha ocurrido con 39 de los 42 enfermos de betatalasemia participantes en el estudio.
Todavía se puede mejorar
Es cierto que leyendo hasta aquí el artículo parece que se esté presentando una terapia perfecta. Y es innegable el progreso que representa esta primera aprobación, pero no está exenta de ciertos puntos mejorables que no debemos dejar de comentar.
En primer lugar, los efectos secundarios. Las herramientas CRISPR-Cas, como hemos explicado al inicio, se basa en la utilización de moléculas de ARN que sirven como guía a la enzima Cas9 para la edición genética. Esta guía debe ser específica para la secuencia del genoma que queremos modificar, porque de no ser así, si el ARN guía se puede aparear con otras secuencias del genoma podrá inducir ediciones de secuencia en zonas en las que no se pretende. Lo que se conoce como efectos off-target.
Se ha comprobado que alguna de las guías utilizadas en la terapia puede provocar este tipo de efectos, en concreto en una secuencia presente en el gen CPS1. Esta afectación se ha identificado en el genoma de personas de origen afroamericano. A pesar de esto, no se han observado efectos adversos derivados de este efecto off-target en los pacientes tratados en ensayos clínicos, pero debe seguir estudiándose para hacer la terapia más segura.
Además, se estima que el tratamiento costará aproximadamente 2 millones de dólares por paciente, lo cual es un gran obstáculo para la mayoría de candidatos a tratarse con esta terapia. También para países en vías de desarrollo, ya que tanto la inversión como la tecnología que se requieren para la aplicación de esta terapia están lejos de llegar a estos países. Por esto se deben realizar todos los esfuerzos posibles para hacer accesible este tipo de terapias a toda la población para tratar de no fomentar la desigualdad al aprobarlas y utilizarlas, una asignatura todavía pendiente para este tipo de terapias.
Conclusión
Por último y a modo de conclusión, es necesario reflexionar acerca de lo que significa la aprobación de terapias como esta, que seguramente no sea más que la primera de un buen número de terapias basadas en CRISPR como herramienta de edición genética, muchas de las cuales ya tienen sus ensayos clínicos en marcha.
La gran importancia de que estas terapias comiencen a extenderse es la capacidad que otorgan de tratar multitud de enfermedades, muchas de ellas raras, con posibilidades de tratamiento escasas o incluso incurables hasta la fecha. Por eso es fácil pensar que las facilidades que proporciona el sistema CRISPR-Cas9 seguirán dando alegrías a muchos pacientes, de enfermedades raras o incluso incurables hasta la fecha, en el futuro.
Bibliografía
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Muy interesante el tema que has cogido. He disfrutado y he aprendido mucho leyendo tu artículo. Me ha venido dos cosas leyéndolo: Es esperanzador verdaderamente para estos grupos de pacientes. Pero como comentas en el artículo es verdaderamente otro reto que esta terapia llegue a países en vías de desarrollo donde en el caso de la drepanocitosis la prevalencia es más importante. No obstante es increíble lo que nuestra especie es capaz de hacer…¿ Hasta dónde vamos a llegar?
Gracias por el artículo!!
Hola Maria Magdalena, muchas gracias por el comentario! Me alegro que te haya resultado interesante. Como con otros muchos de los nuevos avances y terapias, para mí uno de los retos más importantes que se plantean es conseguir llevarlos a países en vías de desarrollo, y permitir que sus beneficios lleguen por igual a todo el mundo. Complicado sí, pero esperemos que se vaya mejorando en esto.
Gracias!!