Desarrollada una herramienta para predecir las mutaciones exactas que puede producir el sistema CRISPR de edición del genoma

Investigadores del Instituto Wellcome Sanger han desarrollado una herramienta bioinformática que predice las mutaciones que puede producir el sistema CRISPR de edición del genoma.

En los últimos años el sistema de edición genómica CRISPR-Cas9 se ha convertido en la estrella de los diferentes métodos para modificar el genoma, así como en la herramienta terapéutica con mayor potencial para  corregir errores en el ADN responsables de enfermedades humanas.

Este sistema consiste en dos elementos principales: una enzima nucleasa que corta el ADN y un fragmento de ARN, complementario en parte a la secuencia de interés, que guía a la nucleasa hacia la región del genoma donde debe actuar. Cuando la nucleasa corta el ADN se genera un punto de rotura en la doble cadena que activa los mecanismos de reparación del ADN de la propia célula. Los investigadores pueden aprovechar estos mecanismos de reparación para introducir cambios  concretos o bien pueden aprovechar que a veces durante la reparación se producen errores que llevan a la introducción de una mutación en el lugar del corte. Por ejemplo, el principal mecanismo de reparación, responsable de unir de nuevo las cadenas de ADN, puede introducir o eliminar algunos nucleótidos del ADN impidiendo que las instrucciones del gen sean leídas por la maquinaria celular.

Las herramientas de edición del genoma, como CRISPR.
Las herramientas de edición del genoma, como CRISPR.

 

La eficacia del sistema CRISPR depende en gran medida de la capacidad del ARN guía para reconocer la secuencia de interés en el genoma y de los mecanismos de reparación que intervienen. Esta situación, unida al funcionamiento de CRISPR, dificultaba poder predecir el resultado final de la utilización de CRISPR. Para resolver este problema, los investigadores del Instituto Wellcome Sanger han llevado a cabo un análisis a gran escala en el que han generado más de 40.000 ARNs guía y han evaluado el rendimiento y efecto de CRISPR-Cas9 con cada uno de ellos.

El equipo sintetizó más de 40.000 constructos con los ARNs guía y sus correspondientes dianas y los introdujo en diferentes líneas celulares que expresan Cas9. Para evaluar cómo se había producido la modificación del genoma, cómo se había cortado el ADN y cómo habían reparado la mutación los mecanismos de reparación del genoma, los investigadores secuenciaron la región de interés en las células.

Mutaciones de tejidos somàticos
Los resultados del trabajo sugieren que los seres humanos comenzamos a adquirir mutaciones en tejidos somáticos desde jóvenes, aumentando de forma exponencial con la edad.

 

Los resultados indican que la mayoría de las mutaciones introducidas se trataban de inserciones de una única base, pequeñas deleciones o deleciones algo más largas mediadas por microhomología. Los investigadores encontraron que la reparación del ADN dependía de la secuencia exacta del ADN y del ARN guía y se reproducía en diferentes experimentos dada una misma secuencia. Esta característica permitió desarrollar una herramienta bioinformática con la que poder predecir en el futuro el resultado exacto, los cambios producidos tras utilizar un ARN guía concreto dirigido a una secuencia determinada del ADN genómico. Esta herramienta, denominada FORECasT y disponible para la comunidad científica, permite conocer el efecto de CRISPR a partir de la secuencia de ADN diana.

“El descubrimiento de la reparación del ADN reproducible tras la edición con CRISPR-Cas9 combinado con la gran cantidad de datos que hemos generado significó que podíamos crear una herramienta predictiva mediante métodos de aprendizaje de máquinas”, señala Felicity Allen, investigadora en el Instituto Wellcome Sanger y primera autora del trabajo. “Nuestro recurso puede predecir las mutaciones exactas que resultan de la edición génica con CRISPR-Cas9 simplemente a partir de la secuencia del ADN diana”. La investigadora destaca que el programa bioinformático ahorrará tiempo y recursos de las aplicaciones futuras de CRISPR-Cas9.



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