22 de enero de 2021

Usan el CRISPR para rastrear en tiempo real el linaje de las células cancerosas mientras hacen metástasis

Usan el CRISPR para rastrear en tiempo real el linaje de las células cancerosas mientras hacen metástasis
Científicos han descubierto un conjunto de reglas simples que determinan la precisión de la edición del genoma CRISPR/Cas9 en células humanas - KATE WHITLEY - ARCHIVO

MADRID, 22 Ene. (EUROPA PRESS) -

Los investigadores han convertido una herramienta CRISPR en una forma de rastrear el linaje de las células cancerosas en tiempo real con la que pudieron identificar las células individuales involucradas en la metástasis y su descendencia mientras colonizaban tejidos distantes, según publican en la revista 'Science'.

Cuando el cáncer se limita a un lugar del cuerpo, los médicos a menudo pueden tratarlo con cirugía u otras terapias pero gran parte de la mortalidad asociada con el cáncer se debe a su tendencia a hacer metástasis, enviando semillas de sí mismo que pueden echar raíces por todo el cuerpo.

El momento exacto de la metástasis es fugaz, perdido en los millones de divisiones que se producen en un tumor. "Por lo general, estos eventos son imposibles de monitorear en tiempo real", explica Jonathan Weissman, miembro del Instituto Whitehead, en Estados Unidos.

Ahora, los investigadores dirigidos por Weissman, quien también es profesor de biología en el Instituto de Tecnología de Massachusetts e investigador del Instituto Médico Howard Hughes, han convertido una herramienta CRISPR en una forma de hacer precisamente eso.

En su artículo, el laboratorio de Weissman, en colaboración con Nir Yosef, científico informático de la Universidad de California en Berkeley y Trever Bivona, biólogo del cáncer de la Universidad de California (UCSF), trata el cáncer células de la forma en que los biólogos evolutivos podrían ver las especies, trazando un árbol genealógico intrincadamente detallado. Al examinar las ramas, pueden rastrear el linaje de la célula para encontrar cuándo una sola célula tumoral se volvió rebelde, extendiendo su progenie al resto del cuerpo.

"Con este método se pueden plantear preguntas como con qué frecuencia hace metástasis este tumor, de dónde provienen las metástasis o a dónde van --explica Weissman--. Al poder seguir la historia del tumor in vivo, revela diferencias en la biología del tumor que de otro modo serían invisibles".

Los científicos han rastreado los linajes de las células cancerosas en el pasado comparando mutaciones compartidas y otras variaciones en sus planos de ADN. Estos métodos, sin embargo, dependen hasta cierto punto de que existan suficientes mutaciones naturales u otros marcadores para mostrar con precisión las relaciones entre las células.

Ahí es donde Weissman y los coautores Jeffrey Quinn, entonces investigador postdoctoral en el laboratorio de Weissman, y Matthew Jones, un estudiante graduado en el laboratorio de Weissman, vieron la oportunidad de usar la tecnología CRISPR, específicamente, un método desarrollado por la miembro del laboratorio de Weissman, Michelle Chan, para rastrear el desarrollo del embrión y facilitar ese rastreo.

En lugar de simplemente esperar que un linaje de cáncer contuviera suficientes marcadores específicos para rastrear, los investigadores decidieron usar el método de Chan para agregar marcadores ellos mismos. "Básicamente, la idea es diseñar una célula que tenga un scratchpad genómico de ADN, que luego se pueda 'escribir' usando CRISPR --señala Weissman--. Esta 'escritura' en el genoma se realiza de tal manera que se vuelve hereditaria, lo que significa que la gran descendencia de una célula tendría la 'escritura' de sus células madre y las células abuelas registradas en su genoma".

Weissman diseñó células cancerosas humanas con genes añadidos: uno para la proteína bacteriana Cas9, las famosas "tijeras moleculares" utilizadas en los métodos de edición del genoma CRISPR, otros para proteínas brillantes para microscopía, y algunos secuencias que servirían como objetivos para la tecnología CRISPR.

Luego implantaron miles de células cancerosas humanas modificadas en ratones, imitando un tumor de pulmón. Cuando las células comenzaron a dividirse, Cas9 hizo pequeños cortes en estos sitios objetivo. Cuando la célula reparó los cortes, parcheó o eliminó algunos nucleótidos aleatorios, lo que condujo a una secuencia de reparación única llamada indel.

Este corte y reparación ocurrió al azar en casi todas las generaciones, creando un mapa de divisiones celulares que Weissman y el equipo pudieron rastrear utilizando modelos informáticos especiales que crearon trabajando con Yosef, científico informático.

El seguimiento de las células de esta manera arrojó algunos resultados interesantes. Por un lado, las células tumorales individuales eran muy diferentes entre sí de lo que esperaban los investigadores. Las células que utilizaron los investigadores eran de una línea celular de cáncer de pulmón humano establecida llamada A549.

Para averiguar de dónde venía esta heterogeneidad, el equipo implantó dos clones de la misma célula en diferentes ratones. A medida que las células proliferaban, los investigadores encontraron que sus descendientes metastatizaron a un ritmo notablemente similar. Este no fue el caso de la descendencia de diferentes células de la misma línea celular; las células originales aparentemente habían desarrollado diferentes potenciales metastásicos ya que la línea celular se mantuvo durante muchas generaciones.

A continuación, los científicos se preguntaron qué genes eran responsables de esta variabilidad entre las células cancerosas de la misma línea celular. Entonces comenzaron a buscar genes que se expresaran de manera diferente entre tumores no metastásicos, metastásicos débiles y altamente metastásicos.

Se destacaron muchos genes, algunos de los cuales se sabía previamente que estaban asociados con la metástasis, aunque no estaba claro si estaban provocando la metástasis o simplemente un efecto secundario de la misma.

Uno de ellos, el gen que codifica la proteína queratina 17, se expresa con mucha más fuerza en los tumores de baja metástasis que en los de alta metástasis. "Cuando retiramos o sobreexpresamos la queratina 17, demostramos que este gen en realidad controlaba la invasividad de los tumores", añade Weissman.

Ser capaz de identificar genes asociados a metástasis de esta manera podría ayudar a los investigadores a responder preguntas sobre cómo evolucionan y se adaptan los tumores. "Es una forma completamente nueva de observar el comportamiento y la evolución de un tumor --resalta Weissman--. Creemos que se puede aplicar a muchos problemas diferentes en la biología del cáncer".

El método CRISPR de Weissman también permitió a los investigadores rastrear con más detalle dónde y cuándo iban las células metastatizantes en el cuerpo. Por ejemplo, la progenie de una célula cancerosa implantada experimentó metástasis cinco veces distintas, extendiéndose cada vez desde el pulmón izquierdo a otros tejidos como el pulmón derecho y el hígado. Otras células dieron un salto a un área diferente y luego hicieron metástasis nuevamente desde allí.

El tejido linfático mediastínico que se encuentra entre los pulmones, parece ser una especie de centro, explica el coautor Jeffrey Quinn. "Sirve como una estación de paso que conecta las células cancerosas con todo este terreno fértil que luego pueden ir y colonizar", apunta.

Terapéuticamente, el descubrimiento de "centros" de metástasis como este podría ser extremadamente útil. "Si enfoca las terapias contra el cáncer en esos lugares, puede ralentizar la metástasis o prevenirla en primer lugar", señala Weissman.

Los investigadores son optimistas de que poder rastrear los árboles genealógicos de células individuales en tiempo real también resultará útil en otros entornos. "Creo que va a desbloquear una dimensión completamente nueva de lo que pensamos como una cantidad medible en biología --señala el co-primer autor Matthew Jones--. Eso es lo realmente bueno de este campo en general es que estamos redefiniendo lo que es invisible y lo que es visible".