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 Cecilia Jiménez-Mallabrera y Arístides López-Márquez, de la U703 CIBERER en el Institut de Recerca Sant Joan de Déu (IRSJD), cuenta con la participación de la U728 CIBERER que lidera Miguel Ángel Moreno Pelayo en el Instituto Ramón y Cajal de Investigación Sanitaria (IRYCIS) y Susanna Balcells y Daniel Grinberg, de la U720 CIBERER y el Instituto de Biomedicina de la Universidad de Barcelona.
Los trastornos relacionados con el colágeno VI son las segundas distrofias musculares congénitas más comunes y para las cuáles 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.
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 éste 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 silvestre – 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 Arístides López-Márquez, primer autor del artículo e investigador del grupo “Investigación aplicada en enfermedades neuromusculares” del IRSJD, que forma parte de la U703 CIBERER.
Los resultados han mostrado una alta especificidad para el silenciamiento del alelo mutado y la preservación de la expresión del alelo silvestre. 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, de laU728 CIBERER en el IRYCIS.
“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 Miguel Ángel 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 Cecilia Jiménez.
Este trabajo es fruto de cinco años de investigación liderados por el equipo de Cecilia Jiménez Mallebrera (IRSJD y U703 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.
(*) Explicación de la figura: Imagen renderizada en 3D de alta resolución de la matriz extracelular de colágeno VI antes y después de la edición. Imágenes representativas de fibroblastos en cuatro pacientes (en azul marcado los nucleos y en verde la matriz de colageno VI) antes y después del tratamiento con cRNA1 y cRNA2, que muestran la fragmentaciçon de las fibrilinas de colageno VI en células no tratadas y su recuperación despúes de la edición.
Equipo investigador de la U703 CIBERER y el IRSJD. De izquierda a derecha: Arístides López, Selena Trifunov, Cecilia Jiménez, Carme Badosa y Mónica Roldan.
Equipo investigador de la U728 CIBERER en el IRYCIS. De izquierda a derecha: Sergio Fernández, Miguel Ángel Moreno y Matías Morín.
Susanna Balcells y Daniel Grinberg, de la U720 CIBERER en la Universidad de Barcelona.
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
