Edição do gene CRISPR em embriões humanos causa confusão cromossômica

    edigene125/06/2020 - Três estudos mostrando grandes deleções de DNA e remodelagem aumentam as preocupações de segurança sobre a edição do genoma hereditário. Um conjunto de experimentos que usam a ferramenta de edição de genes CRISPR – Cas9 para modificar embriões humanos revelou como o processo pode fazer grandes mudanças indesejadas no genoma ou próximo ao local alvo.

    Os estudos foram publicados este mês no servidor de pré-impressão bioRxiv e ainda não foram revisados ​​por pares1,2,3. Mas, em conjunto, eles dão aos cientistas uma boa visão do que alguns dizem ser um risco subestimado da edição do CRISPR – Cas9. Experimentos anteriores revelaram que a ferramenta pode fazer mutações genéticas "fora do alvo" longe do local alvo, mas as mudanças próximas identificadas nos estudos mais recentes podem ser perdidas por métodos de avaliação padrão.

    “Os efeitos no alvo são mais importantes e seriam muito mais difíceis de eliminar”, diz Gaétan Burgio, geneticista da Australian National University em Canberra.

    Essas preocupações com a segurança devem informar o debate em andamento sobre se os cientistas devem editar embriões humanos para prevenir doenças genéticas - um processo que é controverso porque cria uma mudança permanente no genoma que pode ser passada de geração em geração. “Se a edição de embriões humanos para fins reprodutivos ou edição de linha germinativa fosse um voo espacial, os novos dados são o equivalente a fazer o foguete explodir na plataforma de lançamento antes da decolagem”, diz Fyodor Urnov, que estuda edição de genoma na Universidade da Califórnia, Berkeley, mas não se envolveu em nenhuma das pesquisas mais recentes.

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    Efeitos indesejados

    Os pesquisadores realizaram os primeiros experimentos usando o CRISPR para editar embriões humanos em 2015. Desde então, um punhado de equipes ao redor do mundo começou a explorar o processo, que visa fazer edições precisas em genes. Mas esses estudos ainda são raros e geralmente são estritamente regulamentados.

    A última pesquisa ressalta o quão pouco se sabe sobre como os embriões humanos reparam o DNA cortado pelas ferramentas de edição do genoma - um passo fundamental na edição do CRISPR-Cas9, diz a bióloga reprodutiva Mary Herbert, da Universidade de Newcastle, no Reino Unido. “Precisamos de um roteiro básico do que está acontecendo lá antes de começarmos a atacá-lo com enzimas de corte de DNA”, diz ela.

    A primeira pré-impressão foi postada online em 5 de junho pela bióloga do desenvolvimento Kathy Niakan do Instituto Francis Crick em Londres e seus colegas. Nesse estudo1, os pesquisadores usaram CRISPR – Cas9 para criar mutações no gene POU5F1, que é importante para o desenvolvimento embrionário. Dos 18 embriões editados pelo genoma, cerca de 22% continham alterações indesejadas que afetavam grandes faixas do DNA em torno de POU5F1. Eles incluíram rearranjos de DNA e grandes deleções de vários milhares de letras de DNA - muito maiores do que o normalmente pretendido pelos pesquisadores que usam essa abordagem.

    Outro grupo, liderado pelo biólogo de células-tronco Dieter Egli, da Universidade de Columbia em Nova York, estudou embriões criados com espermatozoides portadores de uma mutação causadora de cegueira em um gene chamado EYS2. A equipe usou CRISPR-Cas9 para tentar corrigir essa mutação, mas cerca de metade dos embriões testados perderam grandes segmentos do cromossomo - e às vezes o cromossomo inteiro - em que EYS está situado.

    E um terceiro grupo, liderado pelo biólogo reprodutivo Shoukhrat Mitalipov, da Oregon Health & Science University em Portland, estudou embriões feitos com espermatozoides com uma mutação que causa um problema cardíaco3. Esta equipe também encontrou sinais de que a edição afetou grandes regiões do cromossomo que contém o gene mutado. Outro grupo, liderado pelo biólogo de células-tronco Dieter Egli, da Universidade de Columbia em Nova York, estudou embriões criados com espermatozoides portadores de uma mutação causadora de cegueira em um gene chamado EYS2. A equipe usou CRISPR-Cas9 para tentar corrigir essa mutação, mas cerca de metade dos embriões testados perderam grandes segmentos do cromossomo - e às vezes o cromossomo inteiro - em que EYS está situado.

    E um terceiro grupo, liderado pelo biólogo reprodutivo Shoukhrat Mitalipov, da Oregon Health & Science University em Portland, estudou embriões feitos com espermatozoides com uma mutação que causa um problema cardíaco3. Esta equipe também encontrou sinais de que a edição afetou grandes regiões do cromossomo que contém o gene mutado.

    Em todos os estudos, os pesquisadores usaram os embriões apenas para fins científicos, e não para gerar gestações. Os principais autores dos três pré-impressos se recusaram a discutir os detalhes de seu trabalho com a equipe de notícias da Nature até que os artigos sejam publicados em periódicos revisados ​​por pares.

    Reparo imprevisível

    As mudanças são o resultado de processos de reparo de DNA controlados por ferramentas de edição de genoma. CRISPR – Cas9 usa uma pequena fita de RNA para direcionar a enzima Cas9 para um local no genoma com uma sequência semelhante. A enzima então corta ambas as fitas de DNA naquele local e os sistemas de reparo da célula curam a lacuna.

    As edições ocorrem durante esse reparo: na maioria das vezes, a célula sela o corte usando um mecanismo sujeito a erros que pode inserir ou excluir um pequeno número de letras de DNA. Se os pesquisadores fornecerem um modelo de DNA, a célula às vezes pode usar essa sequência para consertar o corte, resultando em uma verdadeira reescrita. Mas o DNA quebrado também pode causar embaralhamento ou perda de uma grande região do cromossomo.

    Trabalhos anteriores usando CRISPR em embriões de camundongos e outros tipos de células humanas já haviam demonstrado que a edição de cromossomos pode causar grandes efeitos indesejados4,5. Mas era importante demonstrar o trabalho em embriões humanos também, diz Urnov, porque diferentes tipos de células podem responder à edição do genoma de maneiras diferentes.

    Esses rearranjos podem passar despercebidos em muitos experimentos, que normalmente procuram outras edições indesejadas, como alterações de uma única letra do DNA ou pequenas inserções ou exclusões de apenas algumas letras. Os estudos mais recentes, no entanto, procuraram especificamente por grandes deleções e rearranjos cromossômicos perto do local-alvo. “Isso é algo que todos nós na comunidade científica iremos, desde já, levar mais a sério do que já levamos”, diz Urnov. “Este não é um golpe de sorte único.”

    Mudanças genéticas

    Os três estudos ofereceram diferentes explicações sobre como surgiram as mudanças no DNA. As equipes de Egli e Niakan atribuíram a maior parte das mudanças observadas em seus embriões a grandes deleções e rearranjos. Em vez disso, o grupo de Mitalipov disse que até 40% das mudanças encontradas foram causadas por um fenômeno chamado conversão de gene, no qual os processos de reparo do DNA copiam uma sequência de um cromossomo em um par para curar o outro.

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    Mitalipov e seus colegas relataram descobertas semelhantes em 20176, mas alguns pesquisadores estavam céticos quanto à possibilidade de conversões genéticas frequentes em embriões. Eles observaram que os cromossomos materno e paterno não estão próximos um do outro no momento em que a conversão gênica é postulada para ocorrer, e que os ensaios que a equipe usou para identificar as conversões gênicas podem ter detectado outras alterações cromossômicas, incluindo deleções4,7.

    Egli e seus colegas testaram diretamente as conversões gênicas em sua última pré-impressão e não conseguiram encontrá-los, e Burgio aponta que os ensaios usados ​​na pré-impressão de Mitalipov são semelhantes aos que a equipe usou em 2017. Uma possibilidade é que as quebras de DNA sejam curadas de forma diferente em várias posições ao longo do cromossomo, diz Jin-Soo Kim, geneticista da Universidade Nacional de Seul e co-autor da pré-impressão de Mitalipov.

    Fonte: https://www.nature.com/

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