La modificación del genoma mediante la tecnología CRISPR-Cas9 acaba de sufrir un nuevo revés y una nueva llamada a la precaución. Dos estudios recientemente publicados en Nature Medicine concluyen que CRISPR-Cas9 induce una respuesta celular que lleva a que las células que se modifican con mayor eficacia sean aquellas que presentan un mayor riesgo a desarrollar cáncer. Los resultados no eliminan a CRISPR del panorama terapéutico pero demuestran que todavía se desconoce información vital sobre su funcionamiento y abogan por una especial prudencia a la hora de utilizar la herramienta en humanos.
La edición del genoma mediante CRISPR está basada en la creación de puntos de rotura en sitios específicos del genoma que la célula restaura con su propia maquinaria de reparación del ADN. Mediante esta aproximación se pueden generar mutaciones puntuales directamente o introducir cambios concretos si se proporciona un fragmento de ADN que actúe como molde para la célula. Una vez modificado el genoma, los cambios son fijados permanentemente en las células hijas.
Estructura molecular de CRISPR. Imagen: Protein Data Base 5F9R. Visualizada con NGL viewer.
La proteína p53, conocida también como Guardián del Genoma, es una de las proteínas encargadas de vigilar y mantener la integridad del genoma. Esta proteína, que actúa como supresora de tumores, detecta daños en el ADN y determina si éstos pueden ser reparados o si la célula dañada debe ser eliminada. Cuando los daños en el ADN pueden ser arreglados, p53 activa los mecanismos de reparación de la célula. Sin embargo, si los daños son irreparables, la proteína previene la división de la célula e inicia la cascada de señales que llevará a su muerte programada. De este modo, al evitar que las células defectuosas se dividan, la acción de p53 puede prevenir la formación de tumores.
Los dos nuevos artículos describen la conexión del sistema CRISPR-Cas, que propicia la creación de cortes en el ADN, con la acción vigilante y reparadora de p53 y revelan cómo la relación entre ambos podría llevar a un aumento en el riesgo de las células a desarrollar un tumor.
En el primero de los trabajos un equipo de la Universidad de Helsinki describe cómo la utilización de CRISPR-Cas9 induce una respuesta celular mediada por p53 que hace frente a los daños en el ADN y es acompañada por una detención del ciclo celular. Los investigadores, que utilizaron células epiteliales humanas inmortalizadas procedentes de la retina, también observaron que al tratar las células con CRISPR se producía una selección a favor de aquellas que no disponían de una ruta de señalización p53 funcional y que por tanto podían continuar su ciclo celular. Precisamente aquellas células en las que hay un riesgo incrementado a la formación de tumores.
Estos resultados llevan a los investigadores a plantear que la eficacia de la edición del genoma mediante CRISPR mejoraría al inhibir la señalización de p53 durante un periodo controlado. De este modo, no se bloquearía el ciclo celular y la edición del genoma podría progresar. Sin embargo, esta estrategia es un arma de doble filo ya que la inhibición de p53 supone que los sistemas de vigilancia en el control de daños del ADN no estén activos, con el consiguiente riesgo de que se produzcan mutaciones y, en última instancia, un cáncer. Por esta razón, los investigadores recomiendan monitorizar los cultivos celulares destinados a ser modificados mediante CRISPR, con el objetivo de no tratar a los pacientes con células que no dispongan de p53 activa. “Si seleccionamos células que han reparado con éxito el gen dañado que intentamos reparar podríamos inadvertidamente seleccionar células sin p53 funcional,” señala Emma Haapaniemi, investigadora en el Instituto Karolinska y una de las autoras del trabajo. “Si las trasplantamos a un paciente, como en la terapia génica para enfermedades hereditarias, estas células podrían dar lugar a cáncer, lo que plantea preocupación sobre la seguridad de las terapias génicas basadas en CRISPR.”
El cáncer se produce cuando las células pierden el control del ciclo celular y proliferan sin control. Dos nuevos trabajos plantean que las células que se modifican con mayor eficacia mediante la herramienta CRISPR son aquellas que presentan un mayor riesgo a desarrollar cáncer. Imagen: carcinoma de células escamosas, Ed Uthman (CC BY 2.0, https://creativecommons.org/licenses/by/2.0/).
En el segundo trabajo, investigadores del Instituto de Investigación de Novartis obtienen conclusiones similares, en este caso con células madre pluripotentes. Este tipo de células tiene un gran potencial para las terapias celulares, sin embargo es especialmente resistente a la edición de su genoma. El equipo observó que aunque el rendimiento de CRISPR-Cas9 para generar puntos de rotura en el ADN era elevado en estas células, los puntos de rotura resultaban tóxicos y llevaban a la muerte de la mayor parte de las células. Esta toxicidad estaba mediada por rutas moleculares dependientes de la proteína p53 e impedía que la edición del genoma pudiera completarse.
Nuevamente, los investigadores sugieren inhibir temporalmente y de forma controlada la acción de p53 como opción para reducir la toxicidad de CRISPR-Cas9 y mejorar la eficacia de la edición del genoma. Además, para prevenir la amplificación de las células que sean portadoras de mutaciones en p53, el equipo recomienda estimar de forma precisa la tasa espontánea de mutación de p53, así como las consecuencias de la inhibición transitoria de p53. “Conforme las terapias celulares basadas en células madre pluripotentes se trasladen a la clínica será critico asegurar que las células de los pacientes tienen proteína P53 funcional antes y después de su diseño,” concluyen los autores.
Células madre pluripotentes inducidas a partir de las células de la piel. Este tipo de células presentan gran potencial para las terapias celulares, aunque son especialmente resistentes a la modificación de su genoma. Imagen: Laboratorio de Kathrin Plath, University of California, Los Angeles.
Los dos nuevos trabajos explican por qué la eficacia de CRISPR es tan baja: o los mecanismos de reparación de la célula cierran los puntos de rotura generados por la nucleasa Cas9, uno de los componentes del sistema, o bien la célula es programada para morir. Además, plantean una consecuencia no deseada de la edición del genoma con CRISPR: la posible selección de células cuyo “guardián del genoma” p53 no funciona correctamente.
Estos resultados suponen una piedra más en el camino de CRISPR como herramienta terapéutica. Sin embargo, esta no es la primera vez que el sistema CRISPR se enfrenta a resultados alertadores. El pasado año un artículo, que fue más tarde retractado, afirmaba que la herramienta de edición genómica introducía múltiples cambios no deseados. Además, hace unos meses, otro trabajo exponía cómo el sistema inmunitario de algunas personas está preparado para hacer frente a uno de los componentes de CRISPR.
Las conclusiones de los nuevos trabajos, que han sido aceptadas como plausibles por la comunidad científica, no indican que CRISPR cause directamente cáncer, y hasta el momento no se ha detectado tumores en ratones tratados con CRISPR. Además, serán necesarios más estudios para determinar cómo actúa p53 en respuesta a CRISPR en los diferentes tipos celulares y si su acción puede ser modulada para aumentar la eficacia sin comprometer la seguridad de los tratamientos. En cualquier caso las señales de alerta ya han sido levantadas. De hecho, poco tiempo después de la publicación de los trabajos las acciones de las principales empresas biotecnológicas Editas Medicine, CRISPR Therapeutics y Intellia Therapeutics bajaron al menos un 10%.
Con los primeros ensayos clínicos basados en CRISPR aprobados o en marcha, los nuevos trabajos reclaman, ante todo, precaución, así como la necesidad de comprobar si los resultados obtenidos pueden ser trasladados a los tipos células que se están utilizando o se planea utilizar en los ensayos con pacientes.
Investigación original:
Haapaniemi E, et al. CRISPR–Cas9 genome editing induces a p53-mediated DNA damage response. Nat Med. 2018. Doi: http://dx.doi.org/10.1038/s41591-018-0049-z
Ihry RJ, et al. p53 inhibits CRISPR–Cas9 engineering in human pluripotent stem cells. Nat Med. 2018. Doi: https://doi.org/10.1038/s41591-018-0050-6
Fuente: Genome-editing tool could increase cancer risk. https://ki.se/en/news/genome-editing-tool-could-increase-cancer-risk
Imagen superior: Imagen: Proteína p53 interaccionando con el ADN. Imagen: Protein Data Base- 4MZR, visualizada con QuteMol (http://qutemol.sourceforge.net).
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