El papel de CRISPR en las interacciones entre fármacos y genes

Las relaciones quimio-genéticas miran cómo los genes de una persona pueden cambiar su reacción a los medicamentos. Cuando se elimina un gen o se reduce su actividad, puede hacer que una persona sea más resistente a un fármaco o más sensible a él. Si un gen cambia, puede afectar cómo otros genes trabajan juntos y eso impacta en las características de una persona. Nuevas tecnologías, como CRISPR, nos ayudan a estudiar cómo interactúan los genes con los medicamentos de una forma más efectiva, permitiendo a los investigadores usar grupos de ARN guía. Estos ARN guía pueden dirigirse a partes específicas del ADN, y al observar cómo estos cambios afectan las reacciones a los medicamentos, podemos obtener información sobre la acción de los fármacos.

Entender cómo interactúan los medicamentos y los genes puede ayudar en muchas áreas médicas, incluyendo la creación de nuevos fármacos, apuntar a partes específicas del cuerpo para tratamiento, estudiar cómo los cánceres desarrollan resistencia a los medicamentos y personalizar la medicina según la composición genética de un paciente.

#El sistema CRISPR-Cas9

CRISPR-Cas9 es una herramienta para hacer cambios precisos en el ADN. Este método usa ARN guía para dirigir a Cas9, una enzima, al lugar correcto en el ADN. Cuando el ARN guía coincide con el ADN, Cas9 puede cortar el ADN en esa ubicación, creando una ruptura. Esta ruptura puede ser reparada por la célula, pero la reparación suele ser imperfecta, lo que lleva a cambios en el gen que pueden desactivarlo.

En grandes experimentos de cribado, se introducen muchos ARN guía diferentes en las células. Cuando estas células son expuestas a un medicamento, aquellas con un knockout genético que les da ventaja sobre el fármaco sobrevivirán mejor y se multiplicarán más rápido. En contraste, las células con un knockout que las hace más sensibles al fármaco se morirán o crecerán más lentamente. Al analizar la abundancia de cada ARN guía en células tratadas versus no tratadas, los investigadores pueden aprender qué genes son importantes para la resistencia o sensibilidad a los medicamentos.

#Efectos fuera del objetivo en bibliotecas CRISPR

Al diseñar guías CRISPR, el objetivo es apuntar a genes específicamente. Sin embargo, a veces una guía también se unirá a secuencias similares en otros genes, lo que puede llevar a lo que se llaman efectos fuera del objetivo. Estas interacciones no intencionadas pueden complicar los resultados de los experimentos. Los investigadores han encontrado que muchas bibliotecas de guías CRISPR contienen estos efectos fuera del objetivo, lo que significa que pueden afectar inadvertidamente la función de otros genes.

Exorcise es un nuevo programa desarrollado para mejorar la precisión de los cribados CRISPR al re-anotar las guías basándose en secuencias genómicas específicas. Este programa verifica cada guía para ver si apunta a más de un gen o no está dirigiéndose al gen deseado. Los hallazgos mostraron que muchas bibliotecas CRISPR disponibles comercialmente tienen estos problemas, lo que significa que los investigadores deben ser cautelosos al interpretar los resultados.

#Presentando Exorcise

Exorcise está diseñado para reevaluar los ARN guía CRISPR alineándolos a un genoma específico y comprobando las anotaciones correctas. El programa puede identificar si las guías apuntan a más de un gen, no interactúan con sus objetivos previstos o carecen de anotaciones importantes. Esto es importante porque las guías mal anotadas pueden llevar a conclusiones incorrectas sobre cómo los genes funcionan en relación con las respuestas a los medicamentos.

Los resultados de Exorcise muestran que una cantidad significativa de guías en bibliotecas CRISPR populares no alcanzan sus objetivos. El software evalúa las guías según su capacidad para alinearse con un genoma específico y determinar si pueden cortar el ADN en puntos útiles.

#Objetivos perdidos y estrategias de diseño

Los objetivos perdidos se refieren a guías que deberían estar apuntando a un gen pero no lo están haciendo de manera efectiva. Exorcise encontró que muchas guías en bibliotecas populares tenían objetivos perdidos, especialmente aquellas diseñadas con conjuntos de referencia más flexibles. El análisis sugiere que las guías deberían ser diseñadas con criterios estrictos para evitar estos errores y asegurarse de que apunten efectivamente a sus genes deseados.

Se observó que las guías que debían cortar cerca de los límites de los genes a menudo no funcionaban como se predecía. Esto significa que podrían no causar cambios en la función del gen, lo cual es crucial al determinar cómo la eliminación de un gen afecta la respuesta a los medicamentos.

#Efectos de la mala Anotación en la fuerza del descubrimiento

Para entender cómo las malas anotaciones afectan los resultados experimentales, los investigadores crearon datos sintéticos para simular cómo funcionarían los cribados CRISPR con anotaciones correctas versus incorrectas. Descubrieron que las guías correctamente anotadas podían recuperar interacciones reales entre medicamentos y genes, mientras que las guías mal anotadas obstaculizaban este descubrimiento.

En experimentos donde las guías estaban mal anotadas, se notó que muchas interacciones potenciales entre fármacos y genes no fueron capturadas. Esto sugiere que el diseño y la anotación adecuados de las guías son esenciales para identificar objetivos accionables en el descubrimiento de fármacos.

#Re-anotación de cribados CRISPR en investigación sobre cáncer

En muchas líneas celulares de cáncer, el genoma real puede variar considerablemente de lo que se encuentra en los genomas de referencia estándar. Esto significa que las bibliotecas CRISPR diseñadas en base a estos referentes pueden no ser válidas para todas las líneas celulares de cáncer. Para abordar este problema, los investigadores han comenzado a re-anotar las guías CRISPR usadas en estudios de cáncer, basándose en datos de secuenciación de ARN. Al inferir qué genes se expresan en líneas celulares de cáncer específicas, pueden crear anotaciones más precisas.

Este proceso de re-anotación ayuda a asegurar que las guías usadas en los experimentos realmente correspondan a los genes presentes en las líneas celulares de cáncer que se están estudiando. Esto puede llevar a respuestas a los medicamentos más confiables y a una mejor comprensión de cómo se comportan las células cancerosas bajo condiciones de tratamiento.

#Hallazgos de la reanálisis de cribados CRISPR sobre respuesta al daño en el ADN

Los investigadores también evaluaron estudios existentes centrados en la respuesta al daño en el ADN. Aplicaron la herramienta Exorcise para ver si los hallazgos previos podrían mejorarse con las nuevas reanotaciones. Descubrieron que muchos genes que no eran significativos en los análisis originales se convirtieron en hallazgos notables tras la reanálisis. Esto sugiere que el proceso de re-anotación agrega valor a los datos existentes y puede desenterrar información importante que se pasó por alto inicialmente.

#Implicaciones para el diseño futuro de bibliotecas CRISPR

El trabajo realizado con Exorcise resalta la necesidad de considerar cuidadosamente el diseño de bibliotecas CRISPR. Un enfoque en crear bibliotecas que tengan en cuenta los efectos fuera del objetivo y los objetivos perdidos puede mejorar la fiabilidad de los resultados. La información obtenida a través de la re-anotación puede mejorar la precisión y llevar a hallazgos más consistentes en modelos celulares.

A futuro, será importante que los investigadores se aseguren de que las anotaciones de las guías CRISPR sean precisas y relevantes para las líneas celulares específicas que están investigando. Usar Exorcise para validar y verificar los objetivos de las guías antes de la experimentación probablemente lleve a mejores resultados en los esfuerzos de descubrimiento de medicamentos.

#Conclusión

Entender cómo las variaciones genéticas pueden afectar las respuestas a los medicamentos es crucial para avanzar en la medicina personalizada. Tecnologías como CRISPR ofrecen herramientas poderosas para investigar estas interacciones, pero la integridad de los datos depende de anotaciones confiables. Exorcise proporciona un avance significativo para asegurar que las bibliotecas CRISPR estén correctamente alineadas con genomas específicos, mejorando así la precisión de los resultados.

A medida que la investigación continúa, la mejora y validación continua de las guías CRISPR serán esenciales para profundizar nuestra comprensión de las relaciones gen-drug y mejorar el desarrollo de terapias dirigidas. La capacidad de personalizar tratamientos farmacológicos según el perfil genético de una persona promete revolucionar cómo abordamos la salud y la enfermedad, haciendo que los avances en esta área sean críticamente importantes.