A tecnologia StitchR fornece grandes genes para o tratamento da distrofia muscular #ÚltimasNotícias

A terapia genética pode tratar eficazmente várias doenças, mas para algumas condições debilitantes, como as distrofias musculares, existe um grande problema: o tamanho. Os genes que são disfuncionais nas distrofias musculares são muitas vezes extremamente grandes, e os métodos atuais de distribuição não conseguem transportar cargas genéticas tão substanciais para o corpo. Uma nova tecnologia, chamada “StitchR”, supera esse obstáculo ao fornecer duas metades de um gene separadamente; uma vez dentro de uma célula, ambos os segmentos de DNA geram RNAs mensageiros (mRNAs) que se unem perfeitamente para restaurar a expressão de uma proteína que está ausente ou inativa na doença.

Publicado na revista CiênciaStitchR-;abreviação de “stitch RNA”-;restaurou a expressão de grandes proteínas musculares terapêuticas para níveis normais em dois modelos animais diferentes de distrofia muscular. O StitchR possibilitou a expressão da proteína Disferlina, ausente em indivíduos com distrofia muscular de cinturas tipo 2B/R2, bem como da proteína Distrofina, ausente em pacientes com distrofia muscular de Duchenne.

A distrofia muscular de Duchenne é a forma mais comum de distrofia muscular de início precoce; muitos meninos ficam presos a cadeiras de rodas na adolescência e morrem aos vinte anos. Pessoas com distrofia muscular de cinturas apresentam fraqueza e atrofia nos músculos dos ombros, quadris e coxas, e muitas vezes têm dificuldade em ficar em pé, mover-se e realizar tarefas diárias.

“A terapia genética é uma ferramenta poderosa para devolver uma cópia saudável do gene às células de um paciente para corrigir doenças genéticas, mas os vectores utilizados para entregar esta informação são pequenos, o que até agora impediu a sua utilização no tratamento de uma série de doenças causadas por mutações em genes grandes”, disse Douglas M. Anderson, PhD, principal autor do estudo e professor assistente de Medicina no Aab Cardiovascular Research Institute da University of Rochester School of Medicine and Dentistry (SMD). “Em vez de entregar o gene completo em um único vetor, o que não é possível, desenvolvemos um sistema eficiente de vetores duplos, onde duas metades de um gene são entregues separadamente, mas se juntam para reconstituir o grande mRNA nos tecidos afetados”.

A tecnologia surgiu pela primeira vez de uma observação fortuita feita em laboratório há vários anos, de que quando dois mRNAs separados foram cortados por pequenas sequências de RNA chamadas ribozimas, eles se ligaram (uniram) perfeitamente e se traduziram em proteínas completas. A equipe descobriu que quando as ribozimas clivam ou cortam o RNA, elas deixam extremidades que são reconhecidas por uma via natural de reparo.

“Semelhante a quando as enzimas CRISPR são usadas para cortar o DNA, as enzimas CRISPR são apenas uma tesoura, e são as enzimas de reparo natural da célula que colam o DNA novamente”, observou Anderson, que também é membro do Centro de Pesquisa da Universidade de Rochester. Biologia do RNA. “Achamos que algo semelhante está acontecendo aqui, mas para o RNA. As ribozimas atuam como tesouras e as vias naturais de reparo da célula são capazes de unir novamente os dois RNAs. É notável que dois mRNAs separados sejam capazes de se encontrar e que o processo pode ser tão eficiente.”

O laboratório otimizou a eficiência do processo (mais de 900 vezes em relação aos experimentos iniciais) e adaptou a tecnologia em um poderoso mecanismo de entrega de genes. Quando duas metades de um grande gene terapêutico são codificadas em vetores de vírus adeno-associados (AAV), que são os vetores mais comumente usados ​​para terapia genética porque são seguros e não causam doenças em humanos, as ribozimas cortam as extremidades do mRNAs e eles subsequentemente se unem, formando um mRNA único e sem costuras, capaz de produzir proteína em um tecido desejado.

A equipe de pesquisa, incluindo o coautor Sean Lindley, que recentemente recebeu seu doutorado no laboratório Anderson, descobriu que os mRNAs costurados parecem se comportar essencialmente da mesma maneira que seus equivalentes naturais completos, traduzindo efetivamente a informação genética em proteínas funcionais.

As ribozimas autocliváveis, essenciais para a atividade do StitchR, são encontradas naturalmente em todo o reino animal e são compostas por diferentes famílias, que apresentam diferentes atividades de clivagem. Depois de testar numerosas famílias e sequências de ribozimas, eles finalmente identificaram uma fórmula que levou a um alto nível de produção de proteínas e se aproximou dos níveis alcançados pelos genes expressos a partir de apenas um único vetor.

Doug é extremamente criativo e detalhista, e o fato de ele ter descoberto como dois pedaços diferentes de mRNA podem se encontrar em uma célula e se unir perfeitamente para criar um mRNA funcional é realmente emocionante. O conceito parece simples, mas exigiu um trabalho de bancada considerável para otimizar as moléculas envolvidas, garantir que sejam estáveis ​​nas células e tornar o processo o mais eficiente possível.”

Continue após a publicidade

Lynne E. Maquat, PhD, Diretora do UR Center for RNA Biology

Segundo Anderson, o StitchR pode ser acoplado a diversos tipos de vetores que são usados ​​para entregar ou expressar um gene nas células e que parece funcionar eficientemente com qualquer sequência de mRNA, abrindo a porta para seu uso em uma ampla gama de doenças e aplicações. “O StitchR é realmente plug and play neste momento. Os requisitos de sequência para o StitchR são mínimos e agora testamos isso com muitos genes e sequências diferentes”, disse ele.

Outra característica desta tecnologia é que apenas a proteína completa é produzida.

“Outras abordagens de vetores duplos estão em desenvolvimento há décadas, mas têm sido afetadas pela falta de eficiência e pela produção de produtos menos completos. Como o StitchR ocorre no nível do RNA, podemos controlar e garantir que apenas o comprimento total é produzido um produto proteico. Isso diferencia o StitchR de outras tecnologias de vetor duplo, por exemplo, inteins, uma tecnologia de ligação de proteínas, que pode ser eficiente, mas requer a expressão de fragmentos menores de proteínas que podem ter efeitos desconhecidos em uma célula”, acrescentou Anderson.

“Tem sido um processo longo, mas gratificante, passar de uma observação inicial de pesquisa a uma aplicação terapêutica, mas esse sempre foi um objetivo importante do nosso laboratório, e acho que a promessa da pesquisa básica. Com o StitchR e outras ferramentas, estamos trabalhando em tratamentos para algumas das doenças genéticas mais debilitantes do planeta, muitas das quais não têm tratamentos ou curas atuais”, disse Anderson.

O laboratório está agora em processo de colaboração com outros laboratórios de pesquisa e de geração de vetores StitchR para tratar inúmeras doenças causadas por genes grandes, dos quais existem milhares.

Além de Anderson e Lindley, os cientistas da equipe do SMD Kadiam C. Venkata Subbaiah (co-primeiro autor), Pornthida Poosala, FNU Priyanka e os técnicos William Richardson e Tamlyn Thomas contribuíram para o trabalho, bem como os cientistas da CANbridge Pharmaceuticals Yijie Ma, Leila Jalinous e Jason A. West. O trabalho foi financiado pela Universidade de Rochester, Jain Foundation, CANbridge Pharmaceuticals e Scriptr Global, Inc. Anderson é cofundador da Scriptr Global, Inc. Tecnologias baseadas em RNA. A Scriptr licenciou a tecnologia StitchR da Universidade de Rochester.