CRISPR-Cas9

Pocas técnicas de laboratorio han llamado tanto la atención como CRISPR/Cas9.

Y, en cierto modo, todo el mundo ha oído hablar de lo que puede hacer esta herramienta: editar genes o, en pocas palabras, modificar el ADN.

Con la edición de genes se introducen cambios específicos, como supresiones e inserciones, en el genoma de un organismo.

En la última década, el sistema CRISPR-Cas9 se ha convertido en un método muy popular de edición del genoma, porque es rápido, barato, preciso y relativamente fácil de usar.

A nivel molecular, el ADN está formado por dos hebras de nucleótidos, por lo que cada gen no es más que un segmento de esta secuencia de nucleótidos.

Los nucleótidos del ADN están formados por un azúcar, la desoxirribosa, un fosfato y una de las cuatro bases nucleicas, la adenina, la citosina, la guanina y la timina, o A, C, G y T.

Los nucleótidos de una hebra se emparejan mediante enlaces de hidrógeno con los nucleótidos de la hebra opuesta para crear la doble hebra de ADN: concretamente, la A se une a la T y la C a la G, por lo que se denominan bases complementarias y forman los pares de bases.

Ahora bien, una sola cadena de ADN también puede formar enlaces con una sola cadena de ARN, formada por un azúcar -la ribosa-, un fosfato y una de las cuatro nucleobases, pero el ARN tiene uracilo, abreviado U, en lugar de T.

Así, cuando las secuencias complementarias en el ADN y el ARN se unen, A se une a U.

En otras palabras, si el ADN tiene una secuencia que dice 5′ -GGCTAT- 3′, entonces la secuencia de ARN es exactamente la opuesta y se lee 3′ - CCGAUA -5′.

Ahora bien, de vez en cuando se producen roturas de doble cadena en el genoma.

Cuando esto ocurre, la célula dispone de dos mecanismos principales de reparación para corregir el daño.

El más frecuente es la unión de extremos no homólogos, en la que un complejo proteico llamado proteína ADN cinasa comienza por unirse a cada extremo del ADN roto.

A continuación, recluta otra proteína, llamada artemisa (en honor a la diosa griega) para cortar los extremos de una sola hebra.

Es como utilizar papel de lija para alisar los extremos rotos del lápiz, de modo que este pueda volver a pegarse más fácilmente.

Por último, una enzima ligasa (que sería el pegamento) une los dos extremos del ADN.

Como la artemisa corta algunos nucleótidos, la unión de extremos no homólogos es una reparación propensa a los errores, lo que conduce a una pérdida de información genética.

El otro mecanismo de reparación se denomina reparación dirigida por homología, que se basa en la recombinación homóloga.

Nuestros 46 cromosomas vienen en 23 pares de dos cromosomas homólogos, que codifican los mismos rasgos y, por tanto, tienen secuencias de nucleótidos similares.

De este modo, una rotura de doble cadena en uno de los cromosomas puede repararse utilizando la cromátida hermana.

En primer lugar, un complejo proteico (llamado MRN) se une a cada extremo del ADN roto y recluta las exonucleasas que eliminan los nucleótidos de una hebra del ADN.

Para que el proceso sea más claro, podemos llamar a los extremos del ADN roto "extremo 1" y "extremo 2".

El "extremo 1" se sitúa cerca de una secuencia de nucleótidos similar, llamada secuencia homóloga, porque se encuentra en el mismo lugar de la cromátida hermana homóloga.

El "extremo 1" se empareja entonces con la hebra complementaria de la región de ADN homóloga intacta, creando un bucle en el ADN homólogo.

A continuación, una ADN polimerasa sintetiza nucleótidos para extender el "extremo 1", hasta alcanzar una secuencia complementaria al "extremo 2".

A continuación, el extremo 1 libera el ADN homólogo y sus últimos nucleótidos se unen a los últimos nucleótidos del extremo 2.

Por último, la ADN polimerasa rellena los huecos a ambos lados de la unión y la ADN ligasa sella el enlace.

Dado que la reparación por homología utiliza una cromátida hermana como molde, se trata de un mecanismo de reparación más fiable que la unión de extremos no homólogos, porque no hay pérdida de nucleótidos.

CRISPR es la abreviatura de "Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats" (repeticiones palindrómicas cortas agrupadas y regularmente espaciadas).

Este término complejo significa que, dentro de algunos procariotas, como las bacterias y las arqueas, hay ciertas localizaciones en el genoma en las que una determinada secuencia de ADN se repite una y otra vez.

Entre estas repeticiones hay secuencias únicas, llamadas espaciadores.

Cerca de estas localizaciones CRISPR se encuentran las proteínas asociadas a clústeres, o Cas, muchas de las cuales tienen actividades enzimáticas.

Aunque existen varios tipos de genes Cas, el más famoso es Cas9, por su utilidad en el sistema de edición genética CRISPR/Cas.

Cas9 es una endonucleasa de ADN, lo que significa que puede cortar el ADN, como unas tijeras moleculares.

Ahora resulta que los espaciadores en las localizaciones CRISPR son una especie de registro histórico de virus de ADN que han infectado previamente al huésped.