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Em um passo em direção ao tratamento de doenças mitocondriais, pesquisadores do Centro Médico Universitário de Utrecht e seus colegas usaram a edição de bases mitocondriais (mtBE) para editar com sucesso mutações prejudiciais no DNA mitocondrial. Por meio de seu estudo recém-relatado, a equipe, liderada por Martijn Koppens, PhD, usou o editor de base de citosina derivada da toxina A da desaminase de fita dupla (DdCBE) para desenvolver modelos de doenças in vitro e avaliar estratégias terapêuticas para doenças mitocondriais em células humanas primárias.
A equipe sugere que os resultados de seu trabalho podem oferecer uma nova esperança para pessoas com condições genéticas raras. Koppens e colegas relataram suas descobertas na PLOS Biology em um artigo intitulado "Correção do DNA mitocondrial patogênico em modelos de doenças derivadas de pacientes usando editores de bases mitocondriais". Em seu artigo, a equipe disse: "Em resumo, nossa pesquisa demonstra a eficácia do mtBE em células humanas adultas primárias, levando à recuperação da função mitocondrial – dois aspectos críticos para o desenvolvimento da terapia genética mitocondrial".
As mitocôndrias, às vezes chamadas de usinas de energia da célula, têm seu próprio pequeno conjunto de DNA, ou genoma mitocondrial. Mutações neste DNA mitocondrial podem levar a uma ampla gama de doenças hereditárias maternas, câncer e condições relacionadas ao envelhecimento. O desenvolvimento da tecnologia CRISPR deu aos cientistas novas maneiras de corrigir mutações no DNA nuclear; este sistema não pode efetivamente atravessar a membrana mitocondrial e alcançar o DNA mitocondrial. "Isso basicamente deixou a genética mitocondrial em uma era pré-engenharia genética e os pacientes mitocondriais incapazes de se beneficiar dos avanços nas estratégias de correção de genes", escreveram os autores.
Recentemente, o desenvolvimento do editor de base de citosina derivada da toxina A (DddA) da DNA desaminase de fita dupla (DddA) abordou esse problema e permitiu que os cientistas introduzissem edições no genoma mitocondrial usando um sistema independente de CRISPR / Cas, continuou a equipe. Para seu estudo recém-relatado, os pesquisadores usaram essa ferramenta DdCBE para alterar uma única letra no código do DNA mitocondrial sem cortá-la.
A equipe mostrou que eles poderiam efetivamente gerar e corrigir mutações no DNA mitocondrial em vários tipos de células ligadas a doenças no laboratório. "Para explorar o potencial de aplicação clínica da edição de genes de DNA mitocondrial mediada por DdCBE, geramos e corrigimos funcionalmente mutações patogênicas em tipos de células relevantes", comentaram. Primeiro, eles projetaram células do fígado para transportar uma mutação mitocondrial que prejudica a produção de energia. "A introdução da mutação m.15150G > A em organoides hepáticos resultou em linhagens organoides com vários graus de heteroplasmia e reduziu correspondentemente a produção de ATP, fornecendo um modelo único para estudar as consequências funcionais de diferentes níveis de heteroplasmia dessa mutação", afirmaram.
Em seguida, eles mostraram que poderiam corrigir uma mutação diferente nas células da pele retiradas de um paciente com o distúrbio mitocondrial da síndrome de Gitelman, restaurando os principais sinais da função mitocondrial saudável. "A correção da mutação m.4291T > C em fibroblastos derivados de pacientes restaurou o potencial da membrana mitocondrial", afirmaram. "O DdCBE gerou edições sustentáveis com alta especificidade e pureza do produto."
Para ajudar a mover a terapia para o uso clínico, os pesquisadores também testaram a eficácia de fornecer os editores de base mitocondrial na forma de mRNA, em vez de DNA, e dentro de nanopartículas lipídicas para entrega. "Para nos prepararmos para a aplicação clínica, descobrimos que a edição de bases mitocondriais mediada por mRNA resultou em maior eficiência e viabilidade celular em comparação com a edição mediada por DNA", observaram. "Além disso, mostramos a entrega eficiente dos editores de base mitocondrial de mRNA usando nanopartículas lipídicas, que atualmente é o sistema de entrega in vivo não viral mais avançado para produtos gênicos."Os pesquisadores demonstraram que essas abordagens são mais eficientes e menos tóxicas para as células do que métodos mais antigos, como plasmídeos de DNA. É importante ressaltar que as edições foram altamente específicas, com alterações mínimas fora do alvo detectadas no DNA nuclear e múltiplas detectadas no DNA mitocondrial.
Os autores afirmaram: "Os pacientes mitocondriais não puderam se beneficiar da revolução CRISPR por tanto tempo, mas recentemente a tecnologia tornou-se disponível com a qual podemos finalmente reparar as mutações mitocondriais. Em nosso estudo, usamos essa tecnologia em organoides hepáticos humanos para gerar um modelo de doença mitocondrial. Empregamos uma técnica de nível clínico para reparar uma mutação no DNA mitocondrial de células derivadas de pacientes.
E em seu artigo, os pesquisadores concluíram: "Embora existam desafios e áreas para investigações adicionais, o potencial do mtBE na modelagem de doenças e possíveis intervenções terapêuticas o torna um caminho promissor para futuras pesquisas e desenvolvimento em medicina mitocondrial".
Fonte: GEN
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