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” Terapias moleculares para enfermedades retinianas hereditarias: situación actual, oportunidades y desafíos”.
martes, 12 de noviembre de 2019

El pasado mes de agosto, se publicó el artículo” Terapias moleculares para enfermedades retinianas hereditarias: situación actual, oportunidades y desafíos”.
Dejamos el enlace para que podáis acceder a la versión original; https://www.mdpi.com/2073-4425/10/9/654/htm.

Dado el interés del artículo, se ha traducido y adaptado algunas terminologías, de igual manera y dado lo extenso del mismo, su contenido se ha dividido en varios apartados, al final se ha añadido un pequeño glosario de términos más técnicos.

Las áreas en las que se ha dividido el artículo son

  • Resumen
  • Imagen resumen de las distintas terapias
  • Resumen de terapias moleculares y ensayos clínicos
  • Terapias en las que se emplea el ADN
  • Terapias en las que se emplea el ARN
  • Terapias compuestas
  • Introducción de moléculas terapéuticas
  • Inserción ocular
  • Vectores: Virales y no virales
  • Otras terapias celulares
  • Observaciones finales
  • Glosario

Resumen

Las enfermedades hereditarias de la retina (DHR) son genética y clínicamente muy heterogéneas y se han considerado incurables durante mucho tiempo. Tras el desarrollo exitoso de una terapia génica asociada a mutaciones bialélicas (lo que indica que están mutadas la copia que del gen aporta el padre y la madre) en el gen RPE65, esta vista ha cambiado. Como resultado, actualmente se están desarrollando muchos enfoques terapéuticos diferentes, en particular una gran variedad de terapias moleculares. Estos dependen de la gravedad de la degeneración de la retina, el conocimiento del mecanismo fisiopatológico subyacente a cada subtipo de DHR y la molécula diana terapéutica. Las terapias de ADN incluyen diferentes
enfoques. Para algunos subtipos genéticos de DHR, las terapias de ARN y las terapias combinadas también han demostrado un potencial terapéutico considerable. En esta revisión, resumimos el estado actual de la técnica de varios enfoques terapéuticos, incluidos los pros y los contras de cada estrategia, y describimos los desafíos futuros que se avecinan en el combate contra los DHR.

Enfermedades de la retina hereditarias (DHR)

Las Distrofias Hereditarias de la Retina (DHR) son un grupo raro y heterogéneo de trastornos neurodegenerativos que colectivamente resultan en una discapacidad visual progresiva. Se estima que los DHR afectan a alrededor de 1 de cada 2000 personas en todo el mundo. Se han identificado más de 250 genes causales en los que las mutaciones pueden causar uno o más de los subtipos clínicos de DHR. Las DHR pueden ser familiares o esporádicos, aislados (no sindrómicos) o sindrómicos y estacionarios o progresivos. En términos de distribución geográfica, podrían ser difundidos o localizados. La mayoría de las formas de las DHR afectan principalmente a los fotorreceptores, pero otras formas también pueden afectar principalmente al epitelio pigmentario de la retina (RPE) o la retina interna. Las DHR pueden propagarse a través de todos los patrones de herencia: autosómico dominante (AD), autosómico recesivo (AR), ligado a X (XL) o mitocondrial, mientras que ocasionalmente también se han descrito casos digénicos (mutación en dos genes diferentes)o disomía uniparental (Habitualmente, decimos que la información que contienen nuestros genes, esta duplicada, de forma que una copia viene de nuestro padre y otra de nuestra madre, en los casos de disonia uniparental las dos copias de un gen vienen del mismo progenitor, bien de nuestro padre o de nuestra madre)

Tratamiento actual de DHR

El ojo es un blanco ideal para terapias moleculares, por varias razones:

  • Las uniones estrechas de la barrera retina sanguínea (BRB) definen la retina como un tejido relativamente inmune privilegiado. En otras palabras, la introducción de un antígeno extraño (como un vector viral) generalmente se tolera bien sin provocar respuestas inflamatorias graves.
  • El riesgo de diseminación generalizada del vector administrado localmente es bajo, evitando efectos sistémicos no deseados. Además, se necesitan cantidades relativamente pequeñas del vector para lograr una respuesta terapéutica.
  • El ojo es fácilmente accesible mediante cirugía, que permite la administración intravítrea y subretiniana de vectores al tejido afectado. Como las células de la retina se diferencian y no se dividen, no hay pérdida del transgén incluso con el uso de vectores no integradores.

Hay muchos enfoques no invasivos diferentes que pueden monitorear la progresión de la enfermedad. Los ejemplos incluyen

  • Autofluorescencia de fondo de ojo que proporciona un mapa topográfico de los cambios de lipofuscina en las células RPE.
  • OCT de dominio espectral para evaluar el espesor de la retina y la arquitectura de la capa de fotorreceptores,
  • Otras pruebas conocidas como la agudeza visual y la biomicroscopía.

Actualmente, hay varios enfoques (superpuestos) para tratar DHR, incluyendo terapias moleculares pero también terapias basadas en células madre y prótesis de retina ( Figura 1 ). A pesar de los resultados prometedores obtenidos con algunos de estos enfoques, todavía hay muchos desafíos que deben superarse para lograr una implementación amplia de las modalidades de tratamiento para los DHR. La gran heterogeneidad de estas enfermedades dificulta el desarrollo de un tratamiento común para un gran número de pacientes.
Además, una proporción significativa de genes involucrados en DHR tiene un tamaño de ADNc que excede la capacidad de carga de los vectores virales adenoasociados (AAV), generalmente considerado el vector viral preferido para la administración retiniana de moléculas terapéuticas. Finalmente, los costos de desarrollar genes o incluso enfoques específicos de mutaciones son sustanciales, mientras que a menudo solo tienen un número limitado de individuos que podrían beneficiarse potencialmente de una molécula terapéutica dada.

Representación esquemática de posibles enfoques terapéuticos

Representación esquemática de posibles enfoques terapéuticos

Representación esquemática de posibles enfoques terapéuticos según la progresión de la enfermedad retiniana y el conocimiento de la causa genética de la enfermedad retiniana. Se prefieren las terapias genéticas (recuadros azules) en los primeros pasos de la progresión de la enfermedad (las células de la retina aún están vivas) y cuando existe conocimiento de las causas genéticas de las enfermedades. A medida que la enfermedad progresa y el conocimiento de la patogénesis disminuye, se pueden utilizar otros enfoques, como las terapias celulares (cuadro rosa) o los implantes protésicos de retina (cuadro amarillo). Las terapias compuestas (recuadro negro), basadas en tratamientos farmacológicos, podrían usarse como un enfoque alternativo cuando la causa genética de la enfermedad o la vía involucrada son conocidas o desconocidas. Para las enfermedades en etapa tardía, la optogenética o las prótesis retinianas pueden ser la única opción. Fuentes de imagen: smart. servier.

TERAPIAS MOLECULARES

Debido a la gravedad y la heterogeneidad de los DHR, se están realizando gran cantidad de investigaciones para identificar estrategias terapéuticas que puedan mejorar los síntomas y/ o la progresión de la enfermedad, incluidas muchas que se centran en resolver las consecuencias de un defecto genético particular. Sin embargo, un buen candidato para terapias moleculares requiere:

  • una carga sustancial de enfermedad y una relación riesgo / beneficio favorable en comparación con otra terapia, si la hay.
  • El gen / locus relevante involucrado en la enfermedad ya ha sido identificado y existe un amplio conocimiento del mecanismo molecular de la enfermedad y su progresión.
  • Se puede alcanzar la (s) célula (s) objetivo correctas, con o sin el uso de un vehículo terapéutico.
  • La mejora fenotípica se puede lograr preferiblemente con niveles de expresión limitados del gen terapéutico, mientras que su sobreexpresión no ejerce ningún efecto tóxico.
  • Podemos subdividir las estrategias moleculares en diferentes grupos: ADN, ARN y terapias compuestas.

A continuación, se presentan tres tablas en las que se resumen los ensayos clínicos, que para DHR, se están realizando con diferentes enfoques terapéuticos.

Tabla 1. Resumen de ensayos clínicos para Distrofias Hereditarias de la Retina (DHR) usando terapias de ADN.

Tabla 1. Resumen de ensayos clínicos para Distrofias Hereditarias de la Retina (DHR) usando terapias de ADN.

continuación tabla 1

continuación tabla 1

Tabla 2. Lista de ensayos clínicos para DHR que utilizan terapias de ARN.

Tabla 2. Lista de ensayos clínicos para DHR que utilizan terapias de ARN.

Tabla 3. Resumen de ensayos clínicos para DHR que utilizan terapias compuestas.

Tabla 3. Resumen de ensayos clínicos para DHR que utilizan terapias compuestas.

Entre las terapias en las que se emplea ADN, para tratar las Distrofias Hereditarias de la Retina (DHR), nos encontramos:

  • Aumento de genes
  • Edición del Genoma
  • Ontogenética

A lo largo de las siguientes líneas, el artículo, desarrolla estas terapias

AUMENTO DE GENES

En la terapia de aumento de genes (también conocida como terapia de reemplazo de genes), se inserta una copia normal del gen mutado en las células huésped usando vectores terapéuticos. Para permitir esto, el gen de interés podría administrarse como ADN, como ARN mensajero (ARNm) o como análogo de ARNm. La gran ventaja de la plataforma de ARNm es que no requiere entrega en el núcleo y se reduce el riesgo de integración en el genoma del huésped. Sin embargo, dos de los principales desafíos del suministro de ARNm son la inmunogenicidad y la estabilidad de la molécula de ARN. Por lo tanto, dado que se requiere una producción sostenida de la proteína de interés para la mejora continua de la función visual, la plataforma de ADN es la estrategia preferida para la terapia de aumento del gen ocular. Con esto, el gen de interés se introduce en el núcleo celular, donde a menudo permanece en un estado episomal, mientras que los promotores y potenciadores pueden facilitar su expresión.
El ADN puede administrarse usando uno de varios vectores diferentes, pero en particular para Las DHR, los virus adenoasociados (AAV) se han usado más comúnmente debido a su alta afinidad por ciertas células de la retina y su baja inmunogenicidad. Otros vectores en estudio son los lentivirus y las nanopartículas, que tienen mayores capacidades de carga.
Las etapas avanzadas de la degeneración de la retina no son compatibles con el uso de la terapia de aumento de genes, ya que este enfoque requiere que las células objetivo estén vivas. Además, alcanzar niveles sustanciales de expresión génica es crucial para un rescate significativo y fuerte del fenotipo. Este requisito puede mejorarse, por ejemplo, variando los serotipos de AAV que se utilizan para administrar el transgén, variando la secuencia promotora o produciendo versiones de ADNc optimizadas por codón de un gen dado.
Para las DHR, el aumento de genes es actualmente la estrategia terapéutica más avanzada, con la aprobación en, el mercado, de una terapia génica para afectados de mutaciones en el gen ( RPE65 , Luxturna TM ), actualmente hay varios estudios clínicos en curso para mutaciones en otros genes y el desarrollo preclínico para una gran cantidad de genes mutados en estas enfermedades. A pesar de estos resultados prometedores, las estrategias de aumento de genes pueden no ser el mejor enfoque cuando se tratan afecciones dominantes, ya que el alelo mutado subyacente a la enfermedad con mayor frecuencia primero debe desactivarse de manera que no interfiera con el alelo normal. Tal inhibición de expresión específica de alelo se puede lograr a nivel de ADN o al nivel de ARN y, si es necesario, se pueden combinar con el aumento de genes. Además, la capacidad de carga del AAV sigue siendo un desafío, ya que varios de los genes mutados recurrentemente (p. Ej., USH2A, EYS, etc.) lo superan con creces. Varios estudios que usan AAV dobles o incluso triples o microgenes (versiones más pequeñas del gen) están en curso.

EDICION DEL GENOMA

Además del aumento de genes, la edición precisa del ADN genómico ha ganado una enorme atención en los últimos cinco años. Actualmente, hay dos enfoques principales en la edición del genoma: un enfoque in vivo, en el que las mutaciones que causan la enfermedad se corrigen dentro de la retina y un enfoque ex vivo para corregir primero la mutación en las células derivadas del paciente, que puede ser seguida por el posterior trasplante de estas células. La edición en sí se puede lograr mediante diferentes clases de moléculas, como se describe a continuación.
ZFN y TALEN: las nucleasas con dedos de zinc (ZFN, del inglés zinc-finger nucleases) y los activadores de la transcripción como las nucleasas efectoras (TALEN) son moléculas que fueron pioneras en la edición del genoma. Ambos pueden inducir una amplia gama de modificaciones genéticas mediante la generación de rupturas de doble cadena (DSB) en el ADN, y posteriormente se estimula una de las vías de reparación del ADN de la célula:

  • la unión final no homóloga (NHEJ).
  • la reparación dirigida por homología (HDR).
  • la unión final mediada por microhomología.

Para inducir DSB, cualquiera de las nucleasas necesita ser guiada a su secuencia diana por un dominio de proteína de unión a ADN. Por lo tanto, estos enfoques dependen de la ingeniería de nuevas proteínas para cada diana, lo que los hace laboriosos y desafiantes. Sin embargo, las ZFN se han utilizado como tratamiento de prueba de concepto en DHR. Células embrionarias humanas que llevan el c.68C> A; La mutación p.P23H en RHO se apuntó usando ZFN, lo que condujo a un aumento en los eventos de recombinación homóloga cuando los ZFN se transfectaron con una plantilla de donante homólogo, en comparación con la entrega en ausencia de esta plantilla.
Los TALEN se han usado en la corrección del alelo Crbrd8 en ratones C57BL / 6N. La HDR provocada por una combinación de TALEN y una plantilla de reparación de oligonucleótidos de donante monocatenario se observó en el 27% de los embriones de ratón tratados y resultó en una mejora de la función retiniana.

Sistema CRISPR / Cas: El sistema CRISPR / Cas se considera una herramienta de edición del genoma más avanzada en comparación con ZFN y TALEN, ya que presenta muchas ventajas, incluido el diseño simple del objetivo, su mayor eficacia y su capacidad para introducir mutaciones en múltiples genes al mismo tiempo mediante el uso de una combinación de ARN guía (ARNg). El sistema CRISPR / Cas se ha mejorado a una versión más simple, CRISPR / Cas9, que actualmente se usa para la edición del genoma de mamíferos. La endonucleasa Cas9 se introduce en una célula junto con un ARNg, después de lo cual puede cortar el genoma específicamente en cualquier ubicación deseada.

En cuanto a otras herramientas de edición del genoma, su principal limitación es la posibilidad de efectos fuera del objetivo. Para superar este aspecto, los investigadores han desarrollado diferentes estrategias:

  • usar ribonucleoproteínas (RNP) como forma de entrega.
  • valorar la concentración de gRNA y Cas9 o usar dos gRNA que flanquean la región objetivo.
  • añadir dos bases de guanina adicionales en el extremo 5 ‘de la secuencia de ARNg para Cas9 derivado de Streptococcus pyogenes (SpCas9); Curiosamente, esta modificación en el diseño no redujo la relación objetivo tanto in vivo como in vitro.
  • seleccionar sitios objetivo de ADN únicos sin homología con ninguna otra secuencia génica.
  • el uso de nucleasas Cas9 modificadas que cortan solo una hebra de ADN y, por lo tanto, pueden producir DSB con dos veces más especificidad.
  • empleando una versión de alta fidelidad de Cas9 (SpCas9- HF1).
  • utilizando el SpCas9 de ‘especificidad mejorada’, que según se informa no solo disminuye los eventos fuera del objetivo sino también para obtener una mayor eficacia en el objetivo.

Todas estas estrategias han permitido a los investigadores obtener tasas de edición in vitro relativamente altas, pero estas tasas son generalmente más bajas in vivo, por ejemplo, en las retinas tratadas. El primer desafío es la entrega del sistema CRISPR directamente en las células o tejidos de interés. Como se mencionó anteriormente, los vectores de AAV se consideran actualmente el vector terapéutico más potente para el suministro retiniano. Sin embargo, su capacidad de carga limitada dificulta una entrega eficiente del sistema CRISPR / Cas9 completo. Una solución para este problema es la administración de SpCas9 y gRNA separados en dos vectores, con los cuales Hung y sus colegas obtuvieron una eficacia de edición del 84% en la retina del ratón. Otros estudios que utilizan dos vectores AAV también han obtenido buenos resultados en los últimos años, aunque debe mencionarse que estos estudios in vivo solo utilizaron la tecnología CRISPR / Cas9 para activar NHEJ, lo que no resulto adecuado con la posterior inactivación de genes. Una preocupación importante que queda por resolver es cómo aumentar la eficacia de la corrección del genoma en la retina, ya que los fotorreceptores son células post-mitóticas que en gran medida carecen de mecanismos HDR. Suzuki y sus colegas desarrollaron una estrategia de integración dirigida independiente de la homología, que permite la inserción selectiva en células que no se dividen como los fotorreceptores. Esto aparece como un enfoque prometedor, ya que se basa en el mecanismo NHEJ, a diferencia de HDR, para la integración específica de una secuencia de ADN deseada.
Además de la edición precisa, el sistema CRISPR / Cas9 también se puede usar de otras maneras, como la invalidación de alelos mutantes que subyacen a la DHR autosómica dominante (revisado por Diakatou et al.), o la eliminación de secuencias intrónicas que albergan agentes patógenos pseudoexones. Para este último, Maeder y sus colegas desarrollaron recientemente un enfoque basado en CRISPR / Cas9 (EDIT-101) para la mutación de empalme c.2991 + 1655A> G en CEP290. EDIT-101 promueve la eliminación de parte del intrón 26 donde se encuentra la variante profunda-intrónica. Se probó en un modelo de ratón Cep290 humanizado que portaba la variante c.2991 + 1655A> G y un vector sustituto comparable de primates no humanos (NHP) también mostró una edición eficiente en fotorreceptores y células de primates somáticas.
Aunque todavía deben superarse varios obstáculos, el desarrollo del sistema CRISPR / Cas9 ha abierto nuevas vías para el tratamiento futuro de varios subtipos genéticos de DHR.

OPTOGENETICA

Aunque la terapia de aumento de genes específicos es un enfoque muy atractivo en pacientes con un genotipo conocido y en una etapa temprana relativa de la enfermedad, no es adecuada para pacientes que presentan una etapa más avanzada de la enfermedad en la que muchos de los fotorreceptores han sido perdidos.
La optogenética es una técnica utilizada para controlar la actividad neuronal con luz, LO que se puede lograr mediante la introducción genética de proteínas sensibles a la luz en las células de la retina. Esta estrategia se usa a menudo para convertir neuronas secundarias o terciarias en «fotorreceptores» o, con menos frecuencia, para restaurar la sensibilidad de las células de fotorreceptores degeneradas. Una ventaja de la optogenética es que puede excitar con mayor precisión la vía neural en comparación con, por ejemplo, los implantes electrónicos de retina. Además, la optogenética se puede utilizar independientemente del defecto genético primario.
Las opsinas representan la principal herramienta optogenética. Funcionan como receptores sensoriales o canales iónicos sensibles a la luz. Se han descrito dos tipos de opsina: opsinas microbianas (tipo I) y opsinas animales (tipo II).
Las opsinas de tipo I (canalrodopsinas, halorodopsinas y arqueodopsinas), después de la captura de luz, dan como resultado un flujo pasivo de iones a través de la membrana celular. Cuando se introducen en células no sensibles a la luz, las opsinas microbianas pueden inducir un control óptico rápido de procesos celulares específicos. Las opsinas tipo I permiten la activación y el silenciamiento neural a alta velocidad, sin requerir ningún químico adicional.
Las opsinas de tipo II (rodopsina y melanopsina) son parte de la gran familia de receptores acoplados a proteínas G sensibles a la luz (GPCR) naturales. A diferencia de las opsinas microbianas, las opsinas animales presentan una sensibilidad a la luz mucho mayor, ya que la señal de luz se amplifica mediante cascadas de señalización acopladas a la proteína G. Ambos tipos de opsinas son lo suficientemente pequeños como para ser encapsidados en AAV.
Los experimentos en modelos animales (ratón, rata y perro) revelaron que la expresión de opsinas de tipo II dio como resultado una mayor sensibilidad a la luz, dentro de 1 a 2 unidades logarítmicas del umbral para la visión normal del cono, aunque esta sensibilidad puede tener el costo de una cinética más lenta. En contraste, el uso de opsinas de tipo I es superior en términos de cinética, pero su sensibilidad es menor. Sin embargo, ambos tipos están limitados en su rango operativo de niveles de luz y probablemente requerirán la modificación de la señal de luz entrante. Además, muchas preguntas aún deben abordarse, como la identificación del mejor vector y el enfoque quirúrgico. Aunque se ha utilizado una amplia gama de promotores ubicuos, fotorreceptores, bipolares o de células ganglionares específicas, la condición ideal hasta ahora no está clara.
Actualmente, hay dos ensayos clínicos en curso que utilizan optogenética para la restauración de la visión. Uno comprende un ensayo clínico de fase I / II (NCT02556736;) y un segundo ensayo todavía está en un estado de reclutamiento (NCT03326336), sin ningún resultado informado aún para ambos ensayos.

Terapias de ARN

Las terapias de ARN incluyen:

  • Modulación del punto de Splicing
  • Silenciamiento génico postranscripcional
  • Edición de ARN (dCas13 y ADAR)

MODULACION DEL PUNTO DE SPLICING

Oligonucleótidos antisentido (AON): alrededor del 15% de todas las mutaciones que causan DHR afectan el proceso de Splicing. Actualmente, la terapia genética más utilizada para corregir el Splicing aberrante emplea oligonucleótidos antisentido (AON), pequeñas moléculas de ADN o ARN que se unen a su pre-ARNm objetivo de forma complementaria. De hecho, su capacidad para modular el Splicing ofrece varias ventajas sobre los enfoques de reemplazo de genes, especialmente para las DHR. Inicialmente, los AON eran moléculas de ARN antisentido simples, pero se descubrió que se degradan rápidamente por las nucleasas, Por lo tanto, se agregaron múltiples modificaciones químicas para la columna vertebral o los grupos de azúcar para mejorar su afinidad objetivo y resistencia a la actividad nucleasa. Estos nuevos AON se clasificaron como AON de primera o segunda generación, dependiendo de sus modificaciones químicas. Una clase de tercera generación de AON consiste en análogos de ácidos nucleicos. Debido a su tamaño relativamente pequeño, se ha demostrado que los AON pueden administrarse al ojo como moléculas desnudas o en un AAV utilizando un sistema U7-snRNA modificado.
El primer fármaco aprobado basado en AON fue Formivirsen, también conocido como Vitravene. Vitravene se usó para tratar la retinitis por citomegalovirus en pacientes cuyo sistema inmunitario estaba comprometido. En los últimos años, el número de mutaciones que causan DHR que afectan al Splicing previo al ARNm ha aumentado rápidamente. Un ejemplo es una mutación intrónica profunda recurrente en CEP290 (c.2991 + 1665A> G) ceguera congénita subyacente. Para esta mutación, el potencial de la terapia basada en AON se demostró primero en modelos in vitro e in vivo y más adelante, en un ensayo clínico de fase I / II. También se han desarrollado estudios de prueba de concepto prometedores que emplean AON para otras mutaciones en CEP290, y para otros genes mutados en DHR como OPA1, CHM, USH2A y ABCA4.
Además del ensayo clínico para CEP290 (NCT03140969) también hay un ensayo clínico en curso para USH2A. Los resultados obtenidos hasta ahora indican que la terapia basada en AON es una estrategia terapéutica prometedora, aunque solo para un grupo seleccionado de mutaciones que causan DHR. Sin embargo, el uso de la secuenciación del genoma completo o la secuenciación dirigida de genes completos probablemente identificará más mutaciones susceptibles de este tipo de terapia en el futuro cercano.
ARN spliceosomal U1: se han identificado muchas mutaciones del sitio donante de Splicing exónico (SD) en el último nucleótido de un exón y se predice que más del 95% de estas darán como resultado un Splicing aberrante. El proceso de Splicing necesita el reconocimiento de los sitios de Splicing y el posterior ensamblaje del Splicing. Este último se inicia mediante la formación de complejos estables que consisten en un pequeño ARN nuclear y la proteína U1 (U1 snRNA), proteínas pre-mRNA y factor de Splicing. Los sitios donantes de Splicing son reconocidos directamente por el complejo U1 y son cruciales para un Splicing adecuado de exones. En caso de que los nucleótidos dentro del sitio donante de Splicing de un exón estén mutados, un enfoque terapéutico atractivo es usar un snRNA U1 modificado. Tanner y sus colegas demostraron que una mutación que induce la omisión de exón en RHO (c.936G> A; p.Q311Q) puede rescatarse adaptando el snRNA U1 a la mutación. En los últimos años, este enfoque también se ha empleado con éxito in vitro, para rescatar una mutación en el exón 5 del gen BBS1 que subyace al síndrome de Bardet-Biedl, o una mutación en el intrón 10 que causa RP ligado al X asociado a RPGR. Por lo tanto, el sistema U1 snRNA definitivamente tiene cierto potencial terapéutico para las mutaciones que afectan el sitio donante de Splicing. Sin embargo, los posibles efectos fuera del objetivo causados por la entrega de un snRNA U1 modificado exógeno aún están poco estudiados.
Trans-splicing: Trans-splicing es un proceso natural que resulta en un procesamiento alternativo del pre-mRNA y se informó por primera vez en plantas y bacterias. El trans-splicing terapéutico ofrece una interesante estrategia para eliminar mutaciones del ARNm. Solo la introducción de una molécula de ARN exógeno puede ser suficiente para activar el proceso de Splicing trans. Este ARN exógeno, también llamado PTM (molécula de trans-Splicing pre-ARNm), está constituido por un dominio de unión que se dirige específicamente a la molécula hacia una región específica dentro del pre-ARNm endógeno, una secuencia de intrón artificial que alberga todos los elementos necesarios para empalmar y la secuencia que necesita ser reemplazada. Para un PTM 5 ‘, la secuencia de codificación parcial tiene que terminar en el extremo 3’ de un exón para permitir un sitio de Splicing de 5 ‘y viceversa para un sitio de Splicing de 3’. En los últimos años, el Splicing trans ha revelado resultados prometedores para la corrección de mutaciones en RHO y CEP290. En el primer ejemplo, Berger y sus colaboradores pudieron corregir las mutaciones de RHO ubicadas en los exones 2 a 5 al entregar la secuencia correcta de esos exones en un AAV. Esto condujo a eventos exitosos de trans-splicing, tanto in vivo como in vitro. Dooley y sus colegas entregaron una parte del gen CEP290 en un AAV y, por lo tanto, pudieron reemplazar con éxito la mutación c.2991 + 1655A> G mencionada anteriormente utilizando el enfoque de Splicing trans. Estos datos respaldan la utilidad del trans-splicing como herramienta terapéutica en IRD.

SILENCIAMIENTO GENICO POSTRANSCRIPCIONAL

iRNA y ribozimas: tanto las ribozimas de Hammerhead (hhRz) como los ARN (s) de interferencia (iRNA) catalizan la escisión específica de secuencia de los ARNm diana. Las moléculas de ARNi son ARN bicatenarios que pueden inhibir la expresión génica uniéndose a ARNm específicos (celulares o virales). A pesar de su asequibilidad y velocidad, el efecto de iRNA a menudo es incompleto y temporal, con posibles efectos fuera del objetivo. Además, a menudo ocurren variaciones entre experimentos y laboratorios. Estas variaciones limitan la amplia aplicación de la tecnología iRNA en muchas enfermedades, incluidos las DHR, aunque se han obtenido resultados prometedores en la degeneración macular relacionada con la edad, un subtipo multifactorial de la enfermedad de la retina. Específicamente, Ryoo y sus colegas utilizaron una novedosa nanoball anti-VEGF (anti-factor de crecimiento endotelial vascular) basada en siRNA que, tras la administración intravítrea en ratones, mostró efectos terapéuticos durante al menos dos semanas.
Los HhRz son pequeñas moléculas de ARN que causan la escisión enzimática de los polirribonucleótidos. El hhRz consta de tres hélices que rodean un núcleo catalítico conservador evolutivo. Esto da lugar a una región complementaria antisentido que proporciona al ARN unimolecular la capacidad de reconocer y posteriormente escindir enzimáticamente su ARNm objetivo.
Ambos tipos de moléculas (iRNA y hhRz) se han utilizado con éxito para degradar una transcripción de RHO incorrecta responsable de la retinitis pigmentosa dominante, un subtipo común de DHR. Otra alternativa es emplear microARN (miARN), que actúan a nivel postranscripcional para regular la expresión génica en la retina. Los miARN generalmente se unen al ARNm y causan una reducción de los productos traducidos. Algunos miRNAs se expresan comúnmente en todos los tipos de células de la retina, mientras que otros se expresan específicamente en uno u otro, lo que sugiere que hay posibilidades de emplear estas moléculas terapéuticamente. Sin embargo, se necesitan más estudios antes de que realmente se puedan usar miRNAs. En general, se cree que el silenciamiento génico post-transcripcional mediado por iRNA y ribozimas es una estrategia prometedora para tratar las mutaciones dominantes negativas.

AON dependientes de ARNasa H: además de redireccionar el Splicing, los AON también se pueden usar para degradar específicamente las transcripciones, incluso de una manera específica de alelo. Algunas modificaciones de oligonucleótidos combinan segmentos AON con residuos conformacionalmente restringidos que afectan la escisión de sus objetivos previstos. Con esto, se puede inducir la activación catalítica de RNasa H, una enzima ubicua que escinde la parte de ARN de los dúplex híbridos de ADN / ARN. La gran ventaja de estos dúplex híbridos es que solo una pequeña cantidad de AON es suficiente para inducir el recambio catalítico. Además, este recambio catalítico proporciona tiempo suficiente para que los AON actúen como un fármaco potencial debido a su estabilidad en el suero sanguíneo, es decir, unos pocos días. Murray y sus colegas utilizaron modelos de roedores genéticamente modificados para RHO (p.P23H) para analizar los AON que activan la ARNasa H in vivo. Observaron que la eliminación de la expresión de rodopsina p.P23H mediada por AON redujo la degradación de los fotorreceptores, preservando así la función de los fotorreceptores en las ratas transgénicas. Recientemente, la regulación por disminución de la transcripción mediada por AON también se ha evaluado in vitro para una variante NR2E3 subyacente RP autosómica dominante, lo que subraya la utilidad de este enfoque para algunas mutaciones (dominantes).
Cas13: El sistema de edición basado en Cas13 puede reducir las tasas de efecto fuera del objetivo mostradas por otros sistemas como se explicó anteriormente. El efector CRISPR-Cas dirigido a ARN dirigido a ARN Cas13 (anteriormente denominado C2c2) puede ser diseñado para unirse y posteriormente derribar el ARN de mamífero. Abudayyeh y sus colegas verificaron que, para los genes endógenos, la eficiencia de eliminación depende de la transcripción. A pesar de que la eficacia fue comparable a la mostrada por iRNA, por lo tanto, la relación fuera del objetivo sustancialmente más baja hace que este enfoque sea muy adecuado para aplicaciones terapéuticas.

EDICION DE ARN (dCas13 y ADAR)

La familia de proteínas ADAR (adenosina desaminasa que actúa sobre el ARN) puede mediar la edición endógena de las transcripciones mediante la desaminación de adenosina a inosina, una nucleobase que es funcionalmente equivalente a la guanosina tanto en Splicing como en traducción. Cox y sus colegas diseñaron un Cas13 inactivado catalíticamente (dCas13) que es capaz de retener su capacidad de unión a ARN, dirigir un ADAR hacia la transcripción de ARN de interés y realizar su función de adenosina a inosina desaminasa. Esto demostró la flexibilidad de Cas13 para adaptarse como una herramienta para la modificación de ácido nucleico. El sistema que se creó se llama REPAIRv2 y genera una mayor especificidad en comparación con otras plataformas de edición de ARN informadas hasta ahora, con altos niveles de actividad en el objetivo. Otras ventajas incluyen:

  • Cas13 no tiene restricciones de secuencia de direccionamiento y no presenta ningún motivo preferencial que rodea la adenosina objetivo, lo que permite que cualquier adenosina en el transcriptoma sea potencialmente objetivo.
  • el sistema REPAIRv2 desamina directamente las adenosinas objetivo a inosinas y no depende de las vías de reparación endógenas, lo que permite la edición de ARN en células post mitóticas como neuronas y fotorreceptores.
  • la edición de ARN, a diferencia de la edición de ADN, es transitoria y, por lo tanto, se puede revertir más fácilmente, lo que permite un control temporal sobre la edición de eventos.

Estas características hacen que la edición de ARN sea una estrategia interesante para ser utilizada en futuros estudios terapéuticos en DHR

PEQUEÑO GLOSARIO

ADNc, estas siglas definen el ADN complementario, ¿qué es ADNc?, todos conocemos la existencia de dos Ácidos nucleicos: el ADN y el ARN. Cuando hablamos de células eucariotas (las células humanas) el ADN se encuentra en el núcleo de la célula y es la molécula que forma nuestros genes y que por tanto lleva nuestra información genetica. Con la información que aporta el ADN, se produce la síntesis de las diferentes proteínas. La síntesis de proteínas tiene lugar fuera del núcleo, en el citoplasma de la célula, pero el ADN no sale del núcleo, ¿cómo entonces la información del ADN pasa al citoplasma para que allí se formen las proteínas?, para ello a partir de la molécula de ADN que se encuentra en el núcleo, se forma una molécula de ARN mensajero que sale del núcleo y que tras diversos procesos da lugar a la síntesis de proteínas. El ADNc, es una molécula de ADN de doble cadena, de manera que una de esas cadenas es complementaria de una molécula de RNA mensajero, el ADNc no existe en las células humanas y salvo algunos virus que pueden copiar ARN mensajero en ADNc, el ADNc podríamos decir que es un producto de laboratorio, que se usa cuando se quieren expresar genes de células eucariotas (como las células humabas) en células procariotas (bacterias y virus)

Vector viral: A medida que vamos conociendo nuevas terapias, también van apareciendo nuevas nomenclaturas. Cuando hablamos de terapia génica, en muy común hablar de vectores, vectores virales…
Una forma sencilla de expresar que persigue la terapia génica, es decir que el objetivo sería introducir en la célula enferma un gen no mutado, con sus funciones intactas, de forma que sea capaz de realizar aquellas funciones que el gen mutado no es capaz de realizar, consiguiendo que la célula funcione correctamente.
El vehículo que se ha definido como mas eficaz para llevar las copias correctas de un gen hasta el interior de la célula, son los virus. Estos virus que se usan como vehículos para transportar genes, son los vectores virales.
Cuando hablamos de usar virus, nos podemos alarmar, ya que no es precisamente buena la imagen e idea que de ellos tenemos, pero estos virus que usamos están modificados para que pierdan su capacidad de producir enfermedad, mientras mantienen ciertas características de su ciclo vital que les permite transportar genes hasta el interior de la célula y que allí se expresen.

Virus adenoasociados: Son aquellos virus, que se usan como vectores y que como material genético tienen ADN

Optogenetica: Es una técnica que mezcla la optica y la genetica, que intenta transferir a un grupo de neuronas, recordemos que la retina es tejido neuronal, ADNc que codifica para proteínas que son sensibles a la luz.

Estado episomal: cuando un gen es introducid en la célula, puede integrarse en el cromosoma de la célula receptora o no, funcionando de manera autónoma. El estado en el que el gen queda como una unidad extracromosomica, se define como estado episonal.

Promotores: Para que la información que se encuentra en nuestro ADN se termine transformando en proteínas, es necesario que ésta pase de ADN a ARN, en un proceso que se denomina transcripción, los promotores son las secuencias que indican el inicio del proceso de transcripción.

Lentivirus: En biología molecular hay una máxima, según la cual, el sentido normal de funcionamiento es: ADN pasa a ARN y luego Síntesis de Proteínas, pero existen unos virus cuyo material genético es ARN, que por medio de un proceso de retro transcripción origina un ADN. Este tipo de virus se conocen como lentivirus.

Fenotipo: Es ese conjunto de características que tenemos y que son visibles, por ejemplo, no podemos ver la información genetica que hay en nuestras células relativa el color del pelo, ojos…pero si vemos el color de nuestro pelo, ojos…El color de nuestro pelo sería el fenotipo y la información que hay en nuestras células referente al color del pelo se define como genotipo.

Transgén: Termino utilizado para definir al gen que es incorporado a la célula.

Afecciones Dominantes: Nuestras células disponen de 23 pares de cromosomas, un progenitor aporta 23 cromosomas y el otro los otros 23, por lo tanto 23 pares. Nuestra información genetica la tenemos por duplicado, por lo que la expresión de un carácter depende de la información que para él aporta cada uno de nuestros progenitores. La expresión de una mutación puede ocurrir por;

  • Las dos copias del gen tienen la mutación
  • Una sola copia del gen tiene la mutación

Cuando la presencia de una sola copia del gen mutado supone su expresión, se dice que esa mutación es dominante.

Nucleasas: Son enzimas, (proteínas con características especiales que regulan las reacciones químicas que ocurren en nuestras células), las nucleasas son un tipo de enzimas que favorecen la ruptura de las cadenas de los ácidos nucleicos.

Transcripción: Las proteínas de nuestras células, se sintetizan a partir de la información que para ello tenemos en nuestro ADN, pero esto no ocurre de forma directa, previamente la información del ADN a de pasar a una molécula intermedia denominada ARN, este proceso se conoce como transcripción. El proceso por el que la información del ARN se transforma en proteínas se define como traducción.

Ruptura de doble cadena: Una de las características importantes de ADN, es que es una doble cadena, es algo parecido a una escalera, los laterales se unen por sus peldaños.

c.68C> A: establece una nomenclatura para indicar en que punto de un determinado gen hay una mutación y que mutación es, indicando la base del ADN que esta cambiada y por cual lo está.

Transfectar: Hace referencia a la introducción, en una célula, de material genético externo a ella

ARN gua (ARNg): El sistema CRIPER/Cas, lo podemos definir como si fuera unas tijeras que nos permiten cortar el ADN, el ARNg es una secuencia de ARN, que nos indican por donde esas tijeras cortaran el ADN.

Endonucleasa: Son unas enzimas que tienen la capacidad de reconocer determinadas secuencias de ADN, cortándolo por ellas.

Ribonucleoproteina: Es una molécula que esta formada tanto por una proteína, como por el ácido nucleico ARN.

Post-mitótico: el ciclo celular se compone de varias fases, al final de las cuales cada célula se ha dividido en dos células hijas, algunas células pasan por un estado conocido como post-mitótico, en el que la célula entra en un periodo vegetativo, en el que no habría división.

Secuencia intrónicas: en nuestro material genético, encontramos dos tipos de secuencias:

  • Exones: que son las que llevan la información para la síntesis de proteínas.
  • Intrones: Son secuencias que no codifican para proteínas y que separan unos exones de otros, inicialmente se les consideraba ADN basura, pero cada vez se las está dando más valor, ya que no parecen que sean tan poco importantes como se creía.

Opsinas: Proteínas fotosensibles de las membranas de células fotorreceptoras como los conos y los bastones. Las opsinas tienen variadas propiedades de absorción de luz

Splicing: se puede definir como un proceso de corte y empalme que ocurre en el RNA mensajero. Como ya sabemos en el núcleo de nuestras células tenemos el ADN. La molécula de ADN es muy grande y no sale del núcleo de la célula, por medio de un proceso conocido como transcripción, la información del ADN se traslada a una molécula de RNAm que sale del núcleo, este ARN lleva secuencias codificantes (exones) y no codificantes (intrones), el proceso por el que los intrones son eliminados del ARN dando lugar a la unión de los exones, se conoce como splicing.

Nucleótidos antisentido: pequeños fragmentos de ácido nucleico (13-25 nucleótidos), complementarios para una secuencia específica de un gen, con objeto de unirse al mRNA del mismo y evitar así la producción de una proteína mutada.

Pre RNAm: El primer RNAm que se produce en la transcripción y que incluye intrones y exones, se conoce como pre RNA mensajero.

U7-snRNA: Es un complejo formado por un pequeño RNA nuclear y una proteína.

Citomegalovirus: Se trata de un virus de distribución mundial.

Ribozimas: Son RNA con actividad catalítica (enzimática), ribocima es una expresión que contrae los términos acido ribonucleico y enzima. Actividad catalítica se refiere a la capacidad que determinadas sustancias tienen para acelerar las reacciones químicas.

iRNA: también RNA de interferencia cortos o pequeños (siRNA) tienen l capacidad de degradar determinados RNAm, silenciando la expresión de determinados genes, es decir, evitan la síntesis de las proteínas codificadas por los genes silenciados.

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