La edición genética por CRISPR/Cas9 abre las puertas a una nueva estrategia terapéutica para las distrofias musculares congénitas por déficit de colágeno VI

Un estudio, publicado en la revista International Journal of Molecular Sciences, describe el inicio de una nueva estrategia terapéutica para pacientes con distrofias musculares congénitas por déficit de colágeno VI mediante el silenciamiento específico de las mutaciones dominantes usando la edición genética por CRISPR/Cas9 sobre el gen COL6A1 para mejorar la red de fibras de colágeno VI en fibroblastos.

El estudio liderado por los Dres. Cecilia Jimenez-Mallabrera y Arístides López-Márquez, del Institut de Recerca Sant Joan de Déu (IRSJD), cuenta con la participación del Instituto Ramón y Cajal de Investigación Sanitaria, el Instituto de Biomedicina de la Universidad de Barcelona y el Centro de Investigación Biomédica en Red de Enfermedades Raras (CIBERER).

Las mutaciones en los genes COL6A1, responsables del mal ensamblaje del colágeno VI

Los trastornos relacionados con el colágeno VI son las segundas distrofias musculares congénitas más comunes y para las cuales aún no existe ningún tratamiento. Su gravedad varía desde una miopatía de Bethlem relativamente leve hasta las distrofias musculares de Ullrich mucho más graves. Los pacientes presentan alguna mutación en alguno de los genes que codifican para las tres cadenas de colágeno VI, los genes COL6A1, COL6A2 y COL6A3. Estos pacientes, mayoritariamente niños, muestran debilidad muscular progresiva, hiperlaxitud de las articulaciones distales, contracturas de las articulaciones proximales e insuficiencia respiratoria progresiva; disminuyendo su calidad y esperanza de vida.

Las principales mutaciones en los genes de la cadena de colágeno VI se encuentran en los segmentos esenciales para el correcto ensamblaje del triple hélice del colágeno VI y el desarrollo de su función en la matriz extracelular del músculo esquelético y otros tejidos.

La técnica de edición genética de CRISPR/Cas9, nuevo abordaje terapéutico

En el marco del trabajo publicado, el equipo investigador ha descrito los resultados de la edición genética mediante la técnica de CRISPR/Cas9 en fibroblastos de la piel de cuatro pacientes con la misma mutación dominante en el gen COL6A1. La proteína alterada generada por la copia mutada del gen ejerce un efecto dominante negativo sobre las copias de colágeno VI normales siendo este el mecanismo causante de la enfermedad.

"Realizamos dos aproximaciones en paralelo mediante la técnica de edición genética CRISPR/Cas9 con el objetivo de aumentar la prevalencia del alelo COL6A1 no mutado - alelo salvaje - en fibroblastos de pacientes con la mutación dominante identificada en este gen. Estos pacientes presentaban un cambio en el ADN que provocaba que la proteína presentase un aminoácido distinto (Arginina en lugar de Glicina) y esto afectaba al ensamblaje del colágeno VI. Por un lado, intentamos corregir la mutación en el alelo mutado para poder obtener la proteína original de ambos alelos, y, por otro lado, intentamos silenciar el alelo mutado para que no se generara la proteína mutada y así no compitiese con la proteína no mutada", comenta el Dr. Arístides López-Márquez, primer autor del artículo e investigador del grupo "Investigación aplicada en enfermedades neuromusculares" del IRSJD, que forma parte CIBERER.

Los resultados han mostrado una alta especificidad para el silenciamiento del alelo mutado y la preservación de la expresión del alelo no mutado. Esto fue comprobado mediante el uso de la herramienta bioinformática Mosaic Finder de análisis de NGS desarrollada por los investigadores Miguel Ángel Moreno-Pelayo, Matías Morín y Sergio Fernández-Peñalver del Instituto Ramón y Cajal de Investigación Sanitaria y el CIBERER.

"Hemos comprobado con nuestra herramienta Mosaic Finder que la eficacia del silenciamiento por disrupción específica del alelo mutado es 40 veces mayor al de la corrección del alelo a su versión no mutada", comenta el Dr. Miguel Angel Moreno-Pelayo.

Así, los fibroblastos tratados con la técnica de edición genética presentaban una mayor proporción de colágeno VI no mutado y, por tanto, se mantuvo el correcto ensamblaje del colágeno. Morfológicamente, se observó que las células editadas formaban una matriz extracelular con un patrón de microfibras de colágeno VI más parecido a las células sanas.

"Esta técnica de edición genética mediante el silenciamiento del alelo mutado es un nuevo paso hacia la terapia de las distrofias musculares congénitas por déficit de colágeno VI. Ante estos resultados ahora queremos analizar si el colágeno VI presenta sus funciones normales y si los resultados en fibroblastos también se dan en modelos animales. De este modo seguiremos avanzando en la búsqueda de una terapia para esta enfermedad y poder llegar a los pacientes." Concluye la Dra. Cecilia Jiménez.

En el estudio también han participado los Dres. Daniel Grinberg y Susana Balcells, miembros del Instituto de Biomedicina de la Universidad de Barcelona e investigadores del IRSJD.

Este trabajo es fruto de cinco años de investigación liderados por el equipo de la Dra. Cecilia Jiménez Mallebrera (IRSJD y CIBERER) que decidió emprender una nueva línea de investigación centrada en las terapias personalizadas para las Distrofias Musculares Congénitas, dentro de su grupo de investigación "Investigación aplicada en enfermedades neuromusculares" del Institut de Recerca Sant Joan de Déu.

La investigación ha sido desarrollada gracias a la financiación del Instituto de Salud Carlos III, CIBERER, la red RAREGENOMICS y la Fundación Noelia.

Equipo coordinador del estudio

Artículo de referencia

López-Márquez A, Morín M, Fernández-Peñalver S, Badosa C, Hernández-Delgado A, Natera-de Benito D, Ortez C, Nascimento A, Grinberg D, Balcells S, Roldán M, Moreno-Pelayo MÁ, Jiménez-Mallebrera C. CRISPR/Cas9-Mediated Allele-Specific Disruption of a Dominant COL6A1 Pathogenic Variant Improves Collagen VI Network in Patient Fibroblasts. International Journal of Molecular Sciences. 2022; 23(8):4410. https://doi.org/10.3390/ijms23084410