Superficialmente, a fibrose cística e a doença de Tay-Sachs não têm nada em comum. Embora ambos sejam distúrbios genéticos hereditários, um deles causa acúmulo de muco espesso nos pulmões, tornando cada vez mais difícil respirar; o outro leva gradualmente ao acúmulo de moléculas gordurosas que matam as células cerebrais.
Mas, nos bastidores, as doenças compartilham um vilão comum: mutações absurdas.
Como um “sinal de parada” molecular, essas mutações instruem as células a abandonarem a produção de certas proteínas, resultando em versões truncadas que não funcionam e levam à doença. As ferramentas de edição de genes podem corrigir genes mutados, direcionando-os um por um para cada doença. Embora esta abordagem possa salvar vidas, é preciso tempo e muitos recursos para ser desenvolvida.
Por que não mirar no vilão comum?
Este mês, uma equipe liderada por David Liu, da Universidade de Harvard desenvolveu uma ferramenta de edição genética para corrigir mutações sem sentido. Chamada PERT, a ferramenta aborda as mutações de frente, permitindo que as células ignorem as mutações e continuem a produzir proteínas em todo o seu comprimento e potencial.
Em células humanas cultivadas e em camundongos com mutações sem sentido, uma dose única de PERT resgatou a produção de proteínas e aliviou os sintomas da doença. Como o PERT está inserido no genoma, o tratamento é, em teoria, único.
A terapia genética pode ser uma bênção para doenças raras. Mais de 7.000 doenças hereditárias afetam centenas de milhões de pessoas em todo o mundo. Mutações absurdas estão envolvidas em cerca de 30 milhões. Poucos têm tratamento ou cura.
“A estratégia mais eficaz para abordar esta necessidade não satisfeita seria desenvolver terapias que sejam eficazes contra múltiplas doenças raras”, escreveu Kim Keeling, da Universidade do Alabama, que não esteve envolvido no estudo.
Um editor de genes mais common é o perfect. Se for comprovado que é seguro e eficaz em humanos, o PERT prepara o terreno para soluções mais acessíveis terapias genéticastempos de desenvolvimento mais rápidos e, mais importante, esperança de pessoas com doenças raras que foram largamente marginalizados no passado.
Hackeando a máquina de proteínas
As proteínas são burros de carga de nossos corpos. Eles são os blocos de construção fundamentais dos tecidos e órgãos e são responsáveis por funções biológicas complexas, desde a regulação das respostas imunológicas até a digestão dos alimentos.
Os modelos das proteínas estão incorporados em nosso DNA como códons de três letras. Cada códon representa um único aminoácido, as moléculas básicas que constituem as proteínas. Esses códons são transcritos em transportes moleculares chamados mRNA, que transportam a informação para a fábrica de produção de proteínas da célula para montagem.
A fábrica lê os códons um por um e instrui uma equipe de motoristas moleculares chamados tRNA a pegar o aminoácido correto e trazê-lo para a linha de montagem. Desta forma, a fábrica traduz o código genético do corpo numa cadeia proteica em forma de fita.
Mutações absurdas paralisam bruscamente o processo. A fábrica precisa de instruções sobre quando uma cadeia de proteína está completa para que possa ser liberada para processamento posterior. Essas instruções são chamadas de “códons de parada” e são compostas de diversas combinações únicas de letras genéticas.
Algumas doenças genéticas têm uma única mutação genética que transforma um códão de produção de proteínas num códão de terminação – basicamente, acionando um interruptor de emergência para encerrar a produção. Em vez de produzir toda a proteína funcional, a célula destrói os transportes de mRNA e trunca as proteínas resultantes. Estas proteínas são menos estáveis ou têm dificuldade em desempenhar as suas funções.
Estudos anteriores encontraram uma solução alternativa: supressão de absurdos.
Moléculas supressoras de tRNA projetadas podem ignorar mutações sem sentido. Tal como os contrabandistas moleculares, estas moléculas sintéticas de ARN transportam aminoácidos para locais onde a proteína deveria ter sido terminada. Esse truque reconfigura o código e permite que a fábrica de produção de proteínas ignore o comando de parada e proceed produzindo o restante da proteína.
A estratégia já teve sucessos. Num estudo, moléculas supressoras sintéticas de tRNA entregues por um vírus mostraram-se seguras e eficazes em ratos com uma mutação sem sentido, e os efeitos benéficos de um único tratamento duraram durante mais de meio ano. Outro A molécula supressora de tRNA envolvida em uma bolha gordurosa para entrega – um sistema comumente usado em terapias genéticas – restaurou a produção de uma proteína em camundongos com fibrose cística, permitindo-lhes respirar melhor.
Ambos os métodos têm desvantagens. Os portadores virais, mesmo quando desprovidos de suas características causadoras de doenças, ainda podem estimular respostas imunológicas. E embora a utilização de bolhas gordurosas para administrar terapias seja relativamente mais segura, elas requerem doses múltiplas em doenças genéticas crónicas.
Editor de precisão
Liu e colegas criaram uma terapia pronta que insere diretamente instruções para moléculas supressoras de tRNA nas células ou no código genético de um animal.
Depois de examinar milhares de variantes de tRNA, eles encontraram um candidato altamente ativo como ponto de partida. Usando edição principal, um tipo de editor de genes pequeno e preciso, eles alteraram as versões naturais do tRNA em versões supressoras que reconheceram um códon de parada mutado específico.
Em vez de encerrar o projeto de construção, o tRNA projetado colocou um aminoácido no lugar para substituir a mutação e terminar a construção da proteína completa.
A equipe testou a nova ferramenta, chamada PERT, em vários tipos de células humanas em placas de Petri. As células abrigavam mutações sem sentido para diferentes doenças genéticas, incluindo fibrose cística e doença de Tay-Sachs. Uma dose única aumentou as proteínas funcionais em 20 a 70 por cento, independentemente da doença.
A terapia também funcionou em ratos com uma mutação sem sentido que causa uma doença grave chamada síndrome de Hurler em humanos. Aqui, o corpo luta para produzir uma proteína que degrada um tipo de molécula de açúcar, que se acumula e causa destruição celular. Sete semanas após um único tratamento, os ratos tinham 8% mais proteína – o suficiente para diminuir os açúcares prejudiciais e aliviar os sintomas.
Fazendo sentido do absurdo
A força do PERT está na sua versatilidade. Em uma triagem de mais de 14.000 códons de parada mutados, o editor do gene contornou as mutações em aproximadamente 70% das vezes.
Mas embora os resultados sejam promissores, alterar mutações sem sentido pode ser inconstante.
A inserção de um aminoácido em uma cadeia proteica em crescimento pode afetar sua função e estabilidade. As proteínas dependem em grande parte das suas estruturas 3D para interagir com outras moléculas biológicas, e uma única mudança na composição de aminoácidos pode alterar a arquitetura geral.
Portanto, é improvável “que o tRNA projetado recupere a função perfect para todas as proteínas” que apresentam mutações sem sentido, escreveu Keeling. O presente estudo concentrou-se em um códon de parada: UGA. Vários outros existem e agora são alvos de outras moléculas supressoras de tRNA.
Usando a edição principal, as moléculas podem permanecer no corpo para produzir continuamente as versões projetadas, sem necessidade de golpes repetidos. A partir daqui, os cientistas devem conduzir estudos em animais de longo prazo para testar a estabilidade e os efeitos colaterais do tRNA editado.
Há também o problema da dosagem. Uma quantidade perfect para o tecido hepático pode ser muito grande ou ineficaz para o coração ou os pulmões. Eventualmente, a equipe prevê uma biblioteca de ferramentas PERT, adaptadas a cada órgão e congeladas em uma geladeira para uso sob comando. Com seu trabalho, a equipe trouxe o uso terapêutico de moléculas supressoras de tRNA “um passo mais perto”, escreveu Keeling.