Redacción
Un nuevo enfoque desarrollado por investigadores de la Universidad de Nueva York y el Centro del Genoma de Nueva York combina estudios de asociación genética, edición de genes y secuenciación unicelular para abordar estos retos y descubrir variantes causales y mecanismos genéticos de los rasgos de las células sanguíneas que determinan rasgos específicos o contribuyen al riesgo de enfermedad. Su método, denominado STING-seq, se ha publicado en la revista Science. Así, aborda el reto de relacionar directamente las variantes genéticas con los rasgos humanos y la salud, y puede ayudar a los científicos a identificar dianas farmacológicas para enfermedades de base genética.
En las dos últimas décadas, los estudios de asociación del genoma completo (GWAS) se han convertido en una importante herramienta para estudiar el genoma humano. Los GWAS pueden revelar qué regiones del genoma y posibles variantes están implicadas en enfermedades o rasgos. Sin embargo, estas asociaciones se encuentran casi siempre en el 98% del genoma que no codifica proteínas, mucho menos conocido que el estudiado 2% del genoma que sí lo hace. Otra complicación es que muchas variantes se encuentran muy cerca unas de otras dentro del genoma y viajan juntas a través de las generaciones, un concepto conocido como ligamiento, lo que puede hacer difícil distinguir qué variante desempeña un papel realmente causal de otras variantes que simplemente se encuentran cerca.
La combinación de GWAS con herramientas moleculares de vanguardia puede identificar variantes causales y conducir a terapias innovadoras
“Uno de los principales objetivos del estudio de las enfermedades humanas es identificar los genes y variantes causales, lo que puede aclarar los mecanismos biológicos e informar sobre las dianas farmacológicas para estas enfermedades”, afirma Neville Sanjana, coautor principal del estudio. “El enorme éxito de los GWAS ha puesto de manifiesto el reto que supone extraer información sobre la biología de las enfermedades a partir de estos enormes conjuntos de datos. A pesar de todos nuestros esfuerzos durante los últimos 10 años, el vaso seguía medio lleno, en el mejor de los casos. Necesitábamos un nuevo enfoque”, afirma Tuuli Lappalainen, coautor del estudio.
Un reciente avance científico en el tratamiento de la anemia falciforme ilustra cómo la combinación de GWAS con herramientas moleculares de vanguardia, como la edición de genes, puede identificar variantes causales y conducir a terapias innovadoras. Mediante GWAS, los científicos identificaron áreas del genoma importantes para la producción de hemoglobina fetal.
Recurrieron al crispr, la herramienta de edición genética que usa “tijeras moleculares para cortar el ADN, para editar las regiones identificadas por GWAS”. Cuando se realizó la edición Crispr en un lugar específico del genoma no codificante, cerca de un gen llamado BCL11A, se obtuvieron altos niveles de hemoglobina fetal.
Los investigadores ilustraron el uso de STING-seq para descubrir genes diana de variantes no codificantes para rasgos sanguíneos
Crispr se ha utilizado ahora en ensayos clínicos para editar esta región en células de médula ósea de docenas de pacientes con anemia falciforme. Tras infundir las células modificadas a los pacientes, estos empiezan a producir hemoglobina fetal, que desplaza a la forma adulta mutada de la hemoglobina, curándoles eficazmente de la anemia falciforme.
El equipo de investigación creó un flujo de trabajo denominado STING-seq (Systematic Targeting and Inhibition of Noncoding GWAS loci with single-cell sequencing), que funciona tomando GWAS a escala de biobanco y buscando probables variantes causales mediante una combinación de sellos bioquímicos y elementos reguladores. A continuación, los investigadores utilizan crispr para localizar cada una de las regiones de los genomas implicadas por los GWAS y llevan a cabo la secuenciación unicelular para evaluar la expresión de genes y proteínas.
En su estudio, los investigadores ilustraron el uso de STING-seq para descubrir genes diana de variantes no codificantes para rasgos sanguíneos. Como resultado, los investigadores pudieron utilizar GWAS que representaban a casi 750.000 personas de diversos orígenes para estudiar los rasgos sanguíneos. Una vez que identificaron 543 regiones candidatas del genoma que podrían desempeñar un papel en los rasgos sanguíneos, utilizaron una versión de Crispr llamada inhibición Crispr que puede silenciar regiones precisas del genoma. Después de silenciar con Crispr las regiones identificadas por GWAS, los investigadores observaron la expresión de los genes cercanos en células individuales para ver si determinados genes se activaban o desactivaban.
“La ventaja de STING-seq es que podemos aplicar este método a cualquier enfermedad o rasgo”, afirma John Morris
Si observaban una diferencia en la expresión génica entre las células en las que las variantes estaban silenciadas y las que no, podían vincular regiones no codificantes específicas a genes diana. De este modo podían determinar con precisión qué regiones no codificantes son fundamentales para determinados rasgos (y cuáles no) y, a menudo, también las vías celulares a través de las cuales actúan estas regiones no codificantes.
“La ventaja de STING-seq es que podemos aplicar este método a cualquier enfermedad o rasgo”, afirma John Morris, investigador postdoctoral asociado del Centro del Genoma de Nueva York y la NYU y primer autor del estudio. El uso de STING-seq para analizar grupos de variantes genéticas probables y ver su impacto en los genes elimina las conjeturas que los científicos se encontraban anteriormente cuando se enfrentaban a la vinculación entre variantes o genes más cercanos a las variantes, que a menudo, pero no siempre, son el gen diana.
En otro análisis, los investigadores identificaron un gen denominado PTPRC que está asociado a 10 rasgos sanguíneos, incluidos los relacionados con los glóbulos rojos y blancos y las plaquetas. Sin embargo, hay varias variantes no codificantes identificadas por GWAS en las proximidades y era difícil saber cuál de ellas (si es que había alguna) podía modular la expresión de PTPRC. La aplicación de STING-seq les permitió aislar qué variantes eran causales viendo cuáles cambiaban la expresión de PTPRC.
Los investigadores prevén que STING-seq y beeSTING-seq se utilicen para identificar variantes genéticas causales de una amplia gama de enfermedades que puedan tratarse con edición de genes o con fármacos dirigidos a genes o vías celulares específicos
Aunque STING-seq puede identificar el gen diana y la variante causal silenciando las variantes genéticas, no explica la dirección del efecto, es decir, si una variante no codificante específica aumentará o reducirá la expresión de un gen cercano. Los investigadores dieron un paso más y crearon un método complementario al que denominaron beeSTING-seq (edición de bases STING-seq) que utiliza Crispr para insertar con precisión una variante genética en lugar de limitarse a inhibir esa región del genoma.
Los investigadores prevén que STING-seq y beeSTING-seq se utilicen para identificar variantes genéticas causales de una amplia gama de enfermedades que puedan tratarse con edición de genes o con fármacos dirigidos a genes o vías celulares específicos. “Ahora que podemos relacionar las variantes no codificantes con los genes diana, tenemos pruebas de que podrían desarrollarse pequeñas moléculas o terapias con anticuerpos para cambiar la expresión de genes específicos”, concluye Lappalainen.
