Uma ferramenta de edição molecular pequena o suficiente para ser inserida no cérebro interrompe a produção de proteínas que causam doenças por príons, um grupo raro, mas mortal, de doenças neurodegenerativas.

O sistema – conhecido como “cauda de histonas acoplada para liberação automática de metiltransferase (CHARM)” – altera o 'epigenoma', uma coleção de marcadores químicos ligados ao DNA que influenciam a atividade genética. Em camundongos, o CHARM silenciou o gene que produz as proteínas prejudiciais que causam doenças por príons na maioria dos neurônios do cérebro, sem alterar a sequência do gene.

CHARM é o primeiro passo para o desenvolvimento de um “tratamento único” seguro e eficaz para reduzir os níveis de proteínas causadoras de doenças, diz Madelynn Whittaker, bioengenheira da Universidade da Pensilvânia, na Filadélfia. Os resultados foram anunciados hojeCiência 1publicado.

“O sistema aborda desafios significativos enfrentados pelos sistemas de edição epigenética anteriores”, diz Whittaker, acompanhando um artigo de perspectiva emCiênciaco-autoria. Isso inclui reduzir a toxicidade das ferramentas de edição e entregá-las às células sem comprometer sua eficácia, acrescenta ela.

As doenças de príons são causadas por proteínas de príons mal dobradas (PrPs) que se aglomeram e destroem os neurônios. Isso pode levar a condições como a síndrome da insônia familiar fatal – uma doença genética rara que impede as pessoas de dormir e leva à morte. Embora as doenças por príons sejam incuráveis, medicamentos chamados oligonucleotídeos antisense (ASOs) mostraram alguns resultados promissores. Estas moléculas curtas e de cadeia simples ligam-se a sequências de RNA mensageiro defeituosas e aumentam ou diminuem a expressão proteica. Estudos anteriores em camundongos infectados com versões mal dobradas de PrP mostraram que os ASOs reduzem a expressão dessas proteínas e prolongam a vida útil 2. Mas os medicamentos requerem múltiplas injeções para atingir um efeito terapêutico a longo prazo e podem levar a efeitos colaterais como danos ao fígado, diz Whittaker.

Em 2021, Jonathan Weissman, bioquímico do Instituto de Tecnologia de Massachusetts em Cambridge, e sua equipe desenvolveram o CRISPRoff 3– uma ferramenta de edição que adiciona uma etiqueta química chamada grupo metil à cadeia de DNA, o que reduz a atividade genética sem alterar o genoma. Mas a ferramenta não pode ser entregue às células cerebrais porque os seus componentes genéticos são demasiado grandes para caber num vírus adeno-associado (AAV) – um veículo comum para a entrega de terapias genéticas nas células. “O verdadeiro desafio foi a entrega”, diz Weissman.

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Para resolver isso, Weissman e sua equipe desenvolveram o CHARM, que usa moléculas chamadas proteínas dedo de zinco para se direcionar aos genes-alvo. Estas proteínas são suficientemente pequenas para serem entregues num vector AAV.

Os pesquisadores modificaram o CHARM para recrutar e ativar componentes das metiltransferases do DNA – moléculas encontradas nas células que ligam grupos metil ao DNA, causando a alteração da expressão genética. Isto reduz os efeitos tóxicos associados à adição de moléculas de fora da célula, diz Weissman. “A única coisa que mudamos na célula foi a sua capacidade de expressar a proteína príon”, diz ele.

Quando os investigadores aplicaram CHARM no cérebro de ratos saudáveis, descobriram que este reduziu a expressão de PrP em todo o cérebro em mais de 80% – bem acima do nível mínimo necessário para um efeito terapêutico. Weissman e sua equipe também projetaram o CHARM para desligar após terminar seu trabalho silencioso, evitando que ele faça cópias de si mesmo, o que poderia levar a efeitos colaterais prejudiciais.

A equipe por trás do CHARM inclui Sonia Vallabh e seu marido Eric Vallabh Minikel, cientistas de príons do Broad Institute do MIT e da Universidade de Harvard em Cambridge. Vallabh herdou a mutação por trás da síndrome da insônia familiar fatal e, há doze anos, Vallabh e Minikel mudaram de carreira para investigar tratamentos para a doença. Vallabh diz que CHARM traz para ela “tremenda confiança”. Ela acrescenta que o desenvolvimento de medicamentos é normalmente lento, mas o trabalho mostra a rapidez com que novas abordagens podem ser desenvolvidas com a equipa certa. “A escala do que você pode alcançar em um curto período de tempo é incrível”, diz Vallabh. “Faz apenas dois anos e um mês que apresentamos a Jonathan pela primeira vez a ideia de trabalharmos juntos e agora aqui estamos.”

CHARM também tem potencial para tratar outras doenças causadas pelo acúmulo de proteínas anormais, como Parkinson e Alzheimer, acrescenta Weissman. “Sabemos que o silenciamento epigenético não funciona para todos os genes, mas para a maioria dos genes”, diz ele.

Jacob Goell, pesquisador que desenvolve ferramentas de edição de epigenoma na Rice University em Houston, Texas, está otimista de que um dia o CHARM acabará na clínica. Mas é necessário um trabalho mais abrangente para avaliar como a ferramenta e as alterações que ela cria interagem com a maquinaria genética das células, especialmente durante longos períodos de tempo, acrescenta.

O próximo passo é estudar como o CHARM funciona em um vetor AAV que pode atingir neurônios no cérebro humano. “Este é o próximo grande desafio”, diz ele.