Investigación del Dr. Ayal Hendel: edición precisa del genoma con CRISPR

Edición del genoma CRISPR

Una nueva herramienta de software puede cuantificar posibles errores inducidos por CRISPR

La tecnología CRISPR permite a los investigadores editar genomas alterando las secuencias de ADN y modificando así la función de los genes. Sus múltiples aplicaciones potenciales incluyen la corrección de defectos genéticos, el tratamiento y prevención de la propagación de enfermedades y la mejora de cultivos.

Las herramientas de edición del genoma, como la tecnología CRISPR-Cas9, se pueden diseñar para realizar alteraciones extremadamente bien definidas en el objetivo previsto en un cromosoma donde se encuentra un gen o elemento funcional en particular. Sin embargo, una posible complicación es que la edición de CRISPR puede dar lugar a otros cambios genómicos no deseados. Estos se conocen como actividad fuera del objetivo. Cuando se dirige a varios sitios diferentes en el genoma, la actividad fuera del objetivo puede conducir a translocaciones, reordenamiento inusual de los cromosomas, así como a otras modificaciones genómicas no deseadas.

Controlar la actividad de edición fuera del objetivo es uno de los desafíos centrales para hacer que la tecnología CRISPR-Cas9 sea precisa y aplicable en la práctica médica. Los ensayos de medición actuales y los métodos de análisis de datos para cuantificar la actividad fuera del objetivo no proporcionan una evaluación estadística, no son lo suficientemente sensibles para separar la señal del ruido en experimentos con bajas tasas de edición y requieren esfuerzos engorrosos para abordar la detección de translocaciones.

Un equipo multidisciplinario de investigadores del Centro Interdisciplinario Herzliya y la Universidad Bar-Ilan informan en la edición del 24 de mayo de la revista Nature Communications el desarrollo de una nueva herramienta de software para detectar, evaluar y cuantificar la actividad de edición fuera del objetivo, incluidos los eventos de translocación adversos que puede causar cáncer. El software se basa en la información obtenida de un ensayo de medición estándar, que incluye amplificación por PCR multiplexada y secuenciación de próxima generación (NGS).

Conocida como CRISPECTOR, la herramienta analiza los datos de secuenciación de próxima generación obtenidos de los experimentos CRISPR-Cas9 y aplica modelos estadísticos para determinar y cuantificar la actividad de edición. CRISPECTOR mide con precisión la actividad fuera del objetivo en cada locus interrogado. Además, permite mejores tasas de falsos negativos en sitios con actividad débil, pero significativa, fuera del objetivo. Es importante destacar que una de las características novedosas de CRISPECTOR es su capacidad para detectar eventos de translocación adversos que ocurren en un experimento de edición.

“En la edición del genoma, especialmente para aplicaciones clínicas, es fundamental identificar un nivel bajo de actividad fuera del objetivo y eventos de translocación adversos. Incluso una pequeña cantidad de células con potencial carcinogénico, cuando se trasplantan a un paciente en el contexto de la terapia génica, pueden tener Consecuencias perjudiciales en términos de patogénesis del cáncer. Como parte de los protocolos de tratamiento, por lo tanto, es importante detectar estos eventos potenciales con anticipación “, dice el Dr. Ayal Hendel, de la Facultad de Ciencias de la Vida Mina y Everard Goodman de la Universidad Bar-Ilan. El Dr. Hendel dirigió el estudio junto con el Prof. Zohar Yakhini, de la Escuela Arazi de Ciencias de la Computación en el Centro Interdisciplinario (IDC) Herzliya. “CRISPECTOR proporciona un método eficaz para caracterizar y cuantificar posibles errores inducidos por CRISPR, mejorando así significativamente la seguridad del uso clínico futuro de la edición del genoma”. El equipo de Hendel utilizó la tecnología CRISPR-Cas9 para editar genes en células madre relevantes para los trastornos de la sangre y el sistema inmunológico. En el proceso de análisis de los datos, se dieron cuenta de las deficiencias de las herramientas existentes para cuantificar la actividad fuera del objetivo y de las lagunas que deberían subsanarse para mejorar la aplicabilidad. Esta experiencia condujo a la colaboración con el grupo líder de bioinformática y biología computacional del profesor Yakhini.

El Profesor Zohar Yakhini, de IDC Herzliya and the Technion, añade que “en los experimentos que utilizan técnicas de secuenciación profunda que tienen niveles significativos de ruido de fondo, los niveles bajos de actividad real fuera del objetivo pueden perderse bajo el ruido. La necesidad de un enfoque de medición y el análisis de datos relacionados que son capaces de ver más allá del ruido, así como de detectar eventos de translocación adversos que ocurren en un experimento de edición, es evidente para los científicos y profesionales de la edición del genoma. CRISPECTOR es una herramienta que puede examinar el ruido de fondo para identificar y cuantificar la verdadera señal fuera del objetivo. Además, el uso de modelos estadísticos y un análisis cuidadoso de los datos CRISPECTOR también puede identificar un espectro más amplio de aberraciones genómicas. Al caracterizar y cuantificar los errores potenciales inducidos por CRISPR, nuestros métodos respaldarán el uso clínico más seguro de la terapia de edición del genoma enfoques.”

El Laboratorio Hendel y el Grupo de Investigación Yakhini planean aplicar la herramienta al estudio de posibles terapias para trastornos genéticos del sistema inmunológico y de enfoques de inmunoterapia en el cáncer. El estudio es una colaboración entre el Laboratorio Hendel de la Universidad Bar-Ilan (BIU) y el Grupo de Investigación Yakhini (IDC Herzliya y Technion). El proyecto fue liderado por Ido Amit (IDC) y Ortal Iancu (BIU). También participaron en esta investigación Daniel Allen, Dor Breier y Nimrod Ben Haim (BIU); Alona Levy-Ju