Surpresa! Nossos corpos estão escondendo um cavalo de Tróia para terapia genética

A natureza esconde descobertas médicas surpreendentes.

Tire CRISPR, a ferramenta transformadora de edição genética. Foi inspirado por um sistema de defesa imunitária bacteriana inferior e cooptado para editar os nossos genes para tratar doenças hereditárias, reforçar tratamentos contra o cancro, ou mesmo prolongar a vida útil. Agora o Dr. Feng Zhang um dos pioneiros do CRISPR está de volta com outra criação que poderá desencadear a próxima geração de terapia genética e Vacinas de RNA. Só que desta vez, sua equipe olhou profundamente para dentro de nossos próprios corpos.

Por mais poderosas que sejam, as terapias de DNA e RNA precisam pegar uma carona até nossas células para funcionar. Os cientistas geralmente recorrem a vetores virais – veículos de distribuição feitos de vírus seguros – ou nanopartículas lipídicas, pequenas bolhas de gordura protetora, para encapsular novo material genético e criar um túnel para dentro das células.

O problema? Nossos corpos não são grandes fãs de substâncias estranhas – especialmente aquelas que desencadeiam uma resposta imunológica indesejável. Além do mais, esses sistemas de entrega não são bons com códigos postais biológicos, muitas vezes abrangendo todo o corpo em vez de focar na área de tratamento. Esses “problemas de entrega” são metade da batalha para uma medicina genética eficaz e com poucos efeitos colaterais.

“A comunidade biomédica tem desenvolvido terapias moleculares poderosas, mas entregá-las às células de forma precisa e eficiente é um desafio”, dito Zhang no Broad Institute, no McGovern Institute e no MIT.

Digite ENVIAR. A nova plataforma de entrega, descrito em Ciência, deslumbra com sua engenhosidade. Em vez de depender de transportadoras estrangeiras, SEND (seletivo ee indógenoncapsidação para celular delivery) comanda proteínas humanas para fabricar veículos de entrega que transportam novos elementos genéticos. Numa série de testes, a equipe incorporou carga de RNA e componentes CRISPR dentro de células cultivadas em uma placa. As células, atuando como fábricas de empacotamento, usaram proteínas humanas para encapsular o material genético, formando pequenos recipientes em forma de balão que podem ser coletados como tratamento.

Ainda mais estranho, a fonte destas proteínas depende de genes virais domesticados há milhares de anos pelo nosso próprio genoma ao longo da evolução. Como as proteínas são essencialmente humanas, é improvável que acionem o nosso sistema imunológico.

Embora os autores tenham tentado apenas um sistema de embalagem, muitos outros estão escondidos nos nossos genomas. “Isso é o que é tão emocionante”, disse o autor do estudo, Dr. Michael Segel, acrescentando que o sistema que eles usaram não é único; “Provavelmente existem outros sistemas de transferência de RNA no corpo humano que também podem ser aproveitados para fins terapêuticos.”

A infraestrutura de navegação do corpo

Nossas células são enormes tagarelas. E eles têm várias linhas telefônicas.

A eletricidade é popular. Em parte, é isso que mantém os neurônios conectados em redes e as células cardíacas em sincronia. Os hormônios são outra, ligando as células do meio do corpo por meio de substâncias químicas na corrente sanguínea.

Mas o mais estranho vem de uma antiga trégua entre humanos e vírus. Examinando o genoma humano hoje, fica claro que temos DNA viral e outros elementos genéticos embutidos em nossas próprias hélices duplas. A maioria dessas adições virais perdeu suas funções originais. Alguns, no entanto, foram recrutados para construir os nossos corpos e mentes.

Veja o Arc, uma proteína feita a partir de um gene também conhecido como mordaça—um gene viral central comum em nossos genomas. Arco é um memória grande mestre: conforme aprendemos, a proteína forma pequenas cápsulas que transferem material biológico, o que por sua vez ajuda a consolidar novas memórias em nosso repertório de rede neural. Outra proteína semelhante a mordaça, apelidado de PEG10, pode agarrar-se ao RNA e também formar naves espaciais borbulhantes para ajudar a desenvolver a placenta e ajudar na reprodução.

Se o PEG10 fabrica a embalagem de papelão para o material genético, então o selo postal vem de outra família de genes virais, os fusógenos. O gene cria uma espécie de código postal, permitindo que cada nave espacial, transportando a carga, se encaixe nas células-alvo.

Embora originalmente de natureza viral, estes genes imigraram para os nossos genomas e adaptaram-se a um sistema de transporte surpreendentemente específico que permite às células partilhar informações. É basicamente uma bola de sorvete (ou mochi ou bolinhos), onde você pode inserir qualquer tipo de recheio. Uma vez que as nossas células já comunicam através destes balões biológicos, cheios de dados genéticos, porque não sequestramos o processo para adicionar os nossos próprios componentes genéticos?

ENVIAR

O novo sistema de entrega depende de três componentes: o gene da embalagem, um código de entrada e a carga.

Tal como acontece com a resolução de uma sala de fuga, cada um é necessário para que uma mensagem genética saia de uma célula. O primeiro passo é encontrar um gene empacotador dentro do corpo humano que possa formar uma bolha ao redor de sua carga. Com uma pesquisa computacional, a equipe escaneou os genomas humanos e de camundongos em busca de mordaça-genes semelhantes aos que formam cápsulas protetoras para ajudar a construir nossas memórias. 48 candidatos surgiram inicialmente como transportadores de carga. Eventualmente, a equipe reduziu sua busca a uma proteína chamada MmPEG10.

É de origem viral, disseram os autores, embora seja inofensivo em nossos corpos. O poder especial do PEG10 é o seu abraço caloroso. Ele pode capturar RNA dentro de uma célula, formar uma bolha ao seu redor e secretar a bolha como naves espaciais em miniatura de uma nave-mãe celular. Surpreendentemente, essas naves espaciais são bastante exigentes na escolha da carga. Com a ajuda de um ensaio CRISPR, a equipe percebeu que as bolhas apenas se ligam e transportam um grupo específico de RNA como carga.

O próximo passo foi hackear e reprogramar a preferência de carga do PEG10. Com a análise genética, a equipe encontrou uma seção no PEG10 que permite à cápsula reconhecer e embalar sua carga. Quanto à carga, a equipe experimentou adicionar dois “bilhetes” genéticos, ou sequências que lhes permitissem entrar em uma nave PEG10. É mais ou menos semelhante a um passageiro que reconhece seu motorista Lyft combinando a cor do painel do carro com o aplicativo.

Assim que os dois se encontram, o “driver” PEG10 forma proteínas que giram em torno do cavaleiro genético, formando uma bolha que constitui o veículo molecular, com o objetivo de escapar da célula.

Mas e as direções? É aqui que entra o código de entrada, ou fusogênios. Assim como os códigos de retorno da Amazon, os fusogênios são proteínas que pontilham a parte externa de um táxi PEG10, direcionando-os para dentro de diferentes tipos de células e tecidos. Ao aplicar diferentes fusógenos, a equipe pode direcionar para onde vai a carga genética, como se estivesse marcada por um código postal.

Juntando tudo

Um SEND é uma trifeta de componentes, cada um codificado usando um vetor – um pequeno pedaço redondo de DNA que pode penetrar nas células.

Uma vez dentro da cela, a mágica acontece. Cada vetor entra na fábrica de produção de proteínas da célula. PEG10 dirige a fábrica para fazer a embalagem. O fusogen pontilha a embalagem com guias de entrega. E o RNA de carga, com modificações para melhor marcação no SEND, é cuidadosamente embalado no veículo resultante, que segue em direção ao seu destino.

“Ao misturar e combinar diferentes componentes no sistema SEND, acreditamos que ele fornecerá uma plataforma modular para o desenvolvimento de terapêuticas para diferentes doenças”, disse Zhang.

Como prova de conceito, a equipe usou o SEND para fornecer um sistema CRISPR que corta um gene causador de câncer em células de uma placa originalmente derivada de câncer no cérebro. O sistema eliminou com eficiência cerca de 60% do gene nas células receptoras. Mas só o fez quando o SEND transportou os componentes CRISPR para a célula, mostrando que o SEND apenas entrega material genético feito sob medida para o seu transporte.

No futuro, a equipe está testando o SEND em modelos animais e projetando uma caixa de ferramentas para atingir diferentes tecidos e células. Eles também continuarão vasculhando o genoma humano em busca de componentes genéticos antigos que possam ser adicionados à plataforma SEND.

“Estamos entusiasmados em continuar impulsionando essa abordagem”, disse Zhang, “[é] um conceito realmente poderoso”.

Crédito da imagem: Após a montagem dentro da célula, os pacotes SEND são liberados para serem coletados para terapia genética. Foto cortesia do Instituto McGovern.

Fonte: https://singularityhub.com/2021/08/24/surprise-our-bodies-have-been-hiding-a-trojan-horse-for-gene-therapy/