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Pesquisadores da Johns Hopkins Medicine dizem que usaram com sucesso o processo natural de uma célula para fazer proteínas para “deslizar” instruções genéticas em uma célula e produzir proteínas críticas ausentes nessas células. Se mais estudos verificarem seus resultados de prova de conceito, os cientistas podem ter um novo método para direcionar tipos específicos de células para uma variedade de distúrbios que podem ser tratados com terapias genéticas. Tais distúrbios incluem doenças neurodegenerativas que afetam o cérebro, incluindo a doença de Alzheimer, formas de cegueira e alguns tipos de câncer.
Para aqueles que procuram desenvolver tratamentos para doenças em que as células não possuem uma proteína específica, é fundamental atingir com precisão a célula que causa a doença em cada estrutura, como o cérebro, para iniciar com segurança o processo de produção de proteínas de certos genes, diz Seth Blackshaw, Ph.D., professor de neurociência no Departamento de Neurociência Sol Snyder e membro do Instituto de Engenharia Celular da Escola de Medicina da Universidade Johns Hopkins. Terapias que não visam precisamente as células doentes podem ter efeitos indesejados em outras células saudáveis, acrescenta.
Dois métodos atualmente usados para fornecer pacotes de produção de proteínas nas células variam amplamente em sua eficácia em modelos animais e pessoas. “Queríamos desenvolver uma ferramenta de entrega de expressão gênica que fosse amplamente útil em modelos pré-clínicos e clínicos”, diz Blackshaw.
Um método atual de envio de pacotes bioquímicos envolve os chamados “mini promotores” que direcionam a expressão ou o processo de fabricação de proteínas de certos trechos de DNA. Blackshaw diz que este método muitas vezes não expressa genes no tipo de célula certo.
Outro método, chamado expressão gênica mediada por sorotipo, envolve a entrega de ferramentas que se prendem a proteínas que cravam a superfície de certos tipos de células. No entanto, Blackshaw diz que esses métodos são imprevisíveis em sua capacidade de atingir especificamente apenas um tipo de célula, e muitas vezes não funcionam em pessoas, mesmo após testes bem-sucedidos em modelos animais.
O atual estudo de prova de princípio, descrito em 1º de outubro em Comunicações da Natureza, tem raízes em pesquisas anteriores do professor assistente de patologia da Johns Hopkins, Jonathan Ling, Ph.D., que publicou “mapas” descrevendo como vários tipos de células usam emendas alternativas de RNA mensageiro, um primo do DNA, para construir modelos genéticos que produzem um conjunto de proteínas em constante mudança na célula. As alterações dependem do tipo e da localização de uma célula. As células normalmente usam splicing alternativo para variar os tipos de proteínas que uma célula pode produzir.
Os mapas de Ling traçam os padrões pelos quais as células cortam os íntrons, ou seções estranhas do RNA mensageiro, e deixam apenas as partes informativas do material genético, ou éxons, que realmente expressam ou produzem proteínas.
No entanto, os íntrons são normalmente muito grandes – às vezes milhões de pares de bases de comprimento e muito grandes para empacotar em sistemas de entrega de expressão gênica atualmente disponíveis. Ling descobriu que cerca de 20% dos padrões de splicing alternativos continham seções de DNA de íntrons pequenas o suficiente para serem empacotadas nos sistemas de entrega de expressão gênica que Blackshaw queria testar.
Felizmente, para seus propósitos, os padrões de splicing alternativos eram semelhantes no DNA de camundongo e humano e, portanto, potencialmente aplicáveis à pesquisa pré-clínica e ao uso clínico.
Juntamente com o então pós-doutorado Alexei Bygrave, agora professor assistente na Universidade Tufts, Blackshaw e Ling fizeram pacotes de RNA mensageiro emendado alternativo que poderia ser entregue às células por meio de um vírus benigno. Eles apelidaram os pacotes de SLED, para design de expressão splicing-linked.
Quando o pacote desliza para dentro de uma célula, ele se abre ali. Como o sistema SLED não é naturalmente integrado ao genoma, a equipe de pesquisa adicionou “promotores” genéticos que estimulam a produção de proteínas do produto SLED embalado.
Os pesquisadores da Johns Hopkins Medicine construíram sistemas SLED para neurônios excitatórios e fotorreceptores cultivados em laboratório e foram capazes de produzir proteínas exclusivamente nesses tipos de células cerca de metade do tempo. Os sistemas de minipromotores atuais normalmente colocam as proteínas no lugar certo em cerca de 5% das vezes.
A equipe também injetou pacotes de SLED em camundongos com fotorreceptores na retina que não possuem um gene funcional PRPH2, que causa retinite pigmentosa, uma doença que afeta a retina. A equipe encontrou evidências de que os pacotes SLED ajudaram a produzir proteínas PRPH2 nos fotorreceptores dos camundongos tratados.
Em melanomas oculares humanos cultivados em laboratório, os cientistas entregaram pacotes SLED apenas em células de melanoma que não possuem o gene SF3B1. O pacote SLED liberou proteína produtora de RNA que fez as células do melanoma morrerem.
Blackshaw diz que o melhor potencial do sistema SLED pode estar em combinação com outros sistemas de entrega de genes, e seu laboratório está procurando métodos para miniaturizar íntrons para acomodar íntrons de tamanho maior em sistemas SLED.
Blackshaw e Ling registraram patentes que envolvem a tecnologia SLED.
A pesquisa foi financiada pelos Institutos Nacionais de Saúde (RF1MH123237, R24EY027283, K08EY027093, R01EY033103, 2T32EY007143), um Prêmio de Inovação Stein da Pesquisa para Prevenir a Cegueira, o Instituto Wilmer Eye, a Fundação Nacional de Ciências, uma bolsa Johns Hopkins Kavli NDI e um Fundo Semente Johns Hopkins IDIES.
Outros pesquisadores que contribuíram para o trabalho incluem Clayton Santiago, Rogger Carmen-Orozco, Vickie Trinh, Minzhong Yu, Yini Li, Ying Liu, Kyra Bowden, Leighton Duncan, Jeong Han, Kamil Taneja, Rochinelle Dongmo, Travis Babola, Patrick Parker, Lizhi Jiang, Patrick Leavey, Jennifer Smith, Rachel Vistein, Megan Gimmen, Benjamin Dubner, Eric Helmenstine, Patric Teodorescu, Theodoros Karantanos, Gabriel Ghiaur, Patrick Kanold, Dwight Bergles, Ben Langmead, Shuying Sun, Kristina Nielsen, Neal Peachey, Mandeep Singh, W. Brian Dalton, Fatemeh Rajaii e Richard Huganir.
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