Cientistas da UNSW Sydney desenvolveram uma nova forma de tecnologia CRISPR que pode tornar a terapia gênica mais segura, além de resolver um debate que dura décadas sobre como os genes são desativados. A pesquisa demonstra que pequenos marcadores químicos ligados ao DNA atuam ativamente para silenciar genes, em vez de simplesmente aparecerem como subprodutos inofensivos em regiões inativas do genoma.
Por anos, pesquisadores questionaram se grupos metil, pequenas aglomerados químicos que se acumulam no DNA, apenas aparecem onde os genes já estão desligados ou se eles são a causa direta da supressão gênica.
Em um estudo recentemente publicado na Nature Communications, pesquisadores da UNSW, em colaboração com colegas do St Jude Children’s Research Hospital (Memphis), demonstraram que a remoção dessas etiquetas químicas faz com que os genes se tornem ativos novamente. Quando as etiquetas foram adicionadas de volta, os genes foram desligados mais uma vez. Os resultados confirmam que a metilação do DNA controla diretamente a atividade gênica.
“Mostramos de maneira muito clara que se você tirar as teias de aranha, o gene se ativa,” diz o autor principal do estudo, Professor Merlin Crossley, Vice-Reitor Acadêmico da UNSW.
“E quando adicionamos os grupos metil de volta aos genes, eles se desligaram novamente. Portanto, esses compostos não são teias de aranha – são âncoras.”
A Evolução da Tecnologia CRISPR
CRISPR, sigla para Repetições Palindrômicas Curtas Agrupadas e Regularmente Intercaladas, é a base da tecnologia moderna de edição genética. Essa ferramenta permite que os cientistas localizem sequências específicas de DNA e realizem mudanças direcionadas, muitas vezes substituindo códigos genéticos defeituosos por versões saudáveis.
O sistema é fundamentado em um mecanismo de defesa natural encontrado em bactérias, que usam o CRISPR para reconhecer e cortar o DNA de vírus invasores.
As primeiras versões das ferramentas CRISPR funcionavam cortando o DNA para desativar genes com mau funcionamento. Versões posteriores tornaram-se mais precisas, permitindo que os cientistas corrigissem letras individuais no código genético. No entanto, ambas as abordagens dependem da quebra das cadeias de DNA, o que pode levar a mudanças não intencionais e aumentar o risco de efeitos colaterais graves.
A versão mais recente, conhecida como edição epigenética, adota uma abordagem diferente. Em vez de cortar o DNA, ela visa os marcadores químicos ligados aos genes dentro do núcleo de cada célula. Ao remover grupos metil de genes que foram silenciados, os pesquisadores podem restaurar a atividade gênica sem alterar a sequência de DNA subjacente.
Novas Possibilidades para o Tratamento da Doença Falciforme
A equipe acredita que essa abordagem pode resultar em tratamentos mais seguros para doenças relacionadas à anemia falciforme. Essas condições hereditárias afetam a forma e a função das células vermelhas do sangue, frequentemente causando dor intensa, danos aos órgãos e expectativa de vida reduzida.
“Sempre que você corta o DNA, há um risco de câncer. E se você está realizando uma terapia gênica para uma doença crônica, esse é um risco perigoso,” diz o Prof. Crossley.
“Mas se conseguimos fazer terapia gênica que não envolve cortar cadeias de DNA, então evitamos essas armadilhas potenciais.”
Em vez de cortar o DNA, a nova técnica utiliza um sistema CRISPR modificado para entregar enzimas que removem grupos metil. Esse processo libera os freios genéticos que mantêm certos genes desligados. Um alvo-chave é o gene da globina fetal, que ajuda a transportar oxigênio antes do nascimento. Reativar esse gene após o nascimento pode ajudar a contornar defeitos no gene da globina adulta que causam doenças falciformes.
“Você pode pensar no gene da globina fetal como as rodinhas de treinamento na bicicleta de uma criança,” diz o Prof. Crossley. “Acreditamos que podemos fazê-las funcionar novamente em pessoas que precisam de novas rodas.”
O Que a Pesquisa Mostra Até Agora
Até agora, todos os experimentos foram realizados em ambientes de laboratório usando células humanas na UNSW e em Memphis.
A co-autora do estudo, professora Kate Quinlan, afirma que as descobertas podem ter implicações de longo alcance além da doença falciforme. Muitas condições genéticas envolvem genes que estão inadequadamente ativados ou desativados, e ajustar os grupos metil pode fornecer uma maneira de corrigir esses problemas sem danificar o DNA.
“Estamos animados com o futuro da edição epigenética, pois nosso estudo mostra que ela nos permite aumentar a expressão gênica sem modificar a sequência de DNA. Terapias baseadas nessa tecnologia provavelmente terão um risco reduzido de efeitos colaterais não intencionais em comparação com as versões de primeira ou segunda geração do CRISPR,” ela diz.
Olhando para o futuro, os pesquisadores descrevem como a terapia pode funcionar na prática um dia. Os médicos coletariam células-tronco sanguíneas do paciente, que produzem células vermelhas do sangue. No laboratório, a edição epigenética seria utilizada para remover as etiquetas metil do gene da globina fetal, reativando-o. As células editadas seriam então retornadas ao paciente, onde poderiam se estabelecer na medula óssea e começar a produzir células sanguíneas mais saudáveis.
Próximos Passos na Edição Epigenética
As equipes de pesquisa da UNSW e do St Jude planejam testar a abordagem em modelos animais e continuar explorando ferramentas adicionais baseadas em CRISPR.
“Talvez a coisa mais importante seja que agora é possível direcionar moléculas para genes individuais,” diz o Prof. Crossley.
“Aqui nós removemos ou adicionamos grupos metil, mas isso é apenas o começo; existem outras mudanças que poderiam ser feitas que aumentariam nossas habilidades de alterar a produção gênica para fins terapêuticos e agrícolas. Este é apenas o início de uma nova era.”
