Atrofia Muscular Espinhal: o impacto da genômica em 130 anos de pesquisas

Atrofia Muscular Espinhal: o impacto da genômica em 130 anos de pesquisas

A AME – Atrofia Muscular Espinhal

A atrofia muscular espinhal (AME) é uma doença genética progressiva que afeta aproximadamente um em cada 10.000 nascidos vivos no mundo e é a principal causa genética de óbitos em bebês.

Em pessoas com AME, a falta de uma proteína importante, a SMN, leva à morte de neurônios que transmitem mensagens para os músculos. Como resultado, os sinais cerebrais não chegam à musculatura, que enfraquece e atrofia, resultando em problemas graves que afetam funções básicas do organismo como respirar, andar, falar e se alimentar. 

Os sintomas da AME geralmente se manifestam na infância e vão se agravando rapidamente com o tempo. Caso não haja tratamento, a maioria das crianças não atinge os dois anos de idade. Por isso o diagnóstico e, principalmente, tratamento precoces,  são essenciais para garantir uma melhor qualidade de vida para a criança.

Felizmente, as pesquisas científicas, intensificadas pelo estudo do genoma e as novas tecnologias de manipulação do DNA, permitiram o desenvolvimento e avanço de terapias que impactam o histórico natural da doença e qualidade de vida das pessoas com AME.

Conheça os marcos históricos dessa doença nesse post.

Se você desejar saber mais sobre a AME, incluindo suas diferentes classificações, causas e diagnóstico, leia esse artigo.

 

AME – 130 anos de pesquisas científicas

 

tabela com os prinicpais marcos históricos da doença AME

 

 

Anos 1890s –  A descoberta da AME

A AME foi descrita pela primeira vez por dois cientistas, Johann Hoffman e Guido Werdnig, que observaram vários casos de bebês que desenvolveram fraqueza muscular nos primeiros meses de vida. Eles perceberam que células do neurônio motor nesses bebês pareciam degenerar e também notaram que essa condição parecia ser familiar (hereditária).

Os estudos desses dois cientistas levaram à identificação da AME e por isso, até hoje, a AME infantil (tipo 0 e I) é conhecida como doença de Werdnig-Hoffman.

 

1956 – Descoberta da AME juvenil (no adulto)

Algumas décadas depois, dois outros cientistas, Erik Kugelberg e Lisa Welander, conseguiram diferenciar as formas de início tardio da AME de outras doenças semelhantes, como a distrofia muscular. Por isso, a AME tipo 3 também é chamada doença de Kugelberg-Welander.

 

1995 – Descoberta do gene SMN1

A sequência do gene 1 do neurônio motor de sobrevivência (SMN1) foi descrita pela Dra. Judith Melki e sua equipe, que também demonstraram que esse gene estava deletado ou alterado em pessoas com AME. Além disso, a equipe identificou o gene SMN2, associado às diferentes gravidades da AME. 

Fatos importantes

→ Em 1953, o modelo de dupla-hélice do DNA foi proposto pelos cientistas James D. Watson e Francis Crick. A descoberta rendeu aos pesquisadores o Prêmio Nobel de Fisiologia e Medicina, e permitiu um avanço no estudo do DNA e genes causadores de doenças, como o SMN1 e SMN2.

A descoberta do gene SMN1 foi fundamental para permitir o diagnóstico genético da AME. Antes disso, o diagnóstico era feito com base nos sinais e sintomas clínicos do paciente. 

→ A descoberta do SMN1 e SMN2 permitiu o estudo e desenvolvimento de tratamentos para AME.

 

2003 – início dos estudos para terapia gênica

Quatro anos após a identificação do SMN2, outro grupo de pesquisadores descreveram as alterações nesse gene que estão associadas a AME.  A partir disso, estudos visando a “correção” do gene se iniciaram.

Esses estudos levaram  a descoberta e o desenvolvimento do primeiro medicamento  que tem como alvo a causa genética subjacente da AME, o Spinraza (Nusinersen), que ajuda o organismo a produzir mais proteínas SMN a partir do SMN2

 

2016 – Aprovação do primeiro medicamento que trata a causa genética da AME

 A comunidade global da AME comemorou a aprovação do primeiro tratamento baseado em terapia gênica, o Nusinersen, pela Food & Drug Administration (FDA) nos Estados Unidos. 

→ Depois de 100 anos da descoberta da doença, este foi um marco histórico, possibilitado pelo empenho dos pesquisadores, investimentos e apoio da sociedade. Até então a expectativa de vida de pessoas com AME era muito baixa, até poucos meses de vida. Com o novo tratamento é possível observar saltos no desenvolvimento de muitos bebês em tratamento, como sentar e andar sem apoio e não necessitar de ventilação.

 

2017 – Tratamento para AME no Brasil

Pacientes brasileiros puderam comemorar a aprovação e Registro do Nusinersen pela Agência Nacional de Vigilância Sanitária (ANVISA).

 

2019 – Tratamento no SUS

O Ministério da Saúde inseriu o Nusinersen para AME tipo I no Protocolo Clínico e Diretrizes Terapêuticas (PCDT), disponibilizando o tratamento pelo SUS. 

Crianças com os tipos II e III podem obter o tratamento na modalidade compartilhamento de risco, onde o governo paga pelo medicamento somente se houver melhora da saúde do paciente.

 

2020 – Novas terapias no Brasil 

A ANVISA aprovou o registro de dois outros medicamentos com base em terapia gênica, que corrigem a falta do SMN1 e do SMN2. Ambos ainda não estão disponíveis no SUS.

 

2021 – Inclusão da AME no Teste do Pezinho e data comemorativa

O Governo Federal aprovou o Projeto de Lei (PL 5.043/2020) de ampliação do Teste do Pezinho do SUS. De seis doenças, agora a triagem será para 53 doenças, incluindo AME. 

A triagem neonatal da AME representa um enorme avanço para o tratamento da doença, que é progressiva e por isso necessita de um diagnóstico o mais cedo possível. Quanto mais cedo o diagnóstico, mais cedo o tratamento pode ser iniciado, evitando o avanço e agravamento dos sintomas.

Além disso, o Governo Federal também sancionou  a Lei 14.062, que institui o 8 de agosto como Dia Nacional da Pessoa com Atrofia Muscular Espinhal

 

Triagem Neonatal Genética

Apesar da implementação da AME na triagem neonatal do SUS só acontecer a partir de 2022, a doença, já há algum tempo, faz parte do Teste da Bochechinha, o teste de triagem neonatal genética desenvolvido pela Mendelics que complementa o Teste do Pezinho.

Utilizando a tecnologia de Sequenciamento de Nova Geração (NGS), o Teste da Bochechinha analisa os genes associados a AME e a outras mais de 320 doenças genéticas graves e tratáveis.

Porém, por ser um teste de triagem, o Teste da Bochechinha só é indicado para crianças sem sintomas. Quando a criança (ou pessoa de qualquer idade) tem algum sintoma de AME, recomenda-se realizar um exame genético de diagnóstico para confirmar a suspeita médica. 

A Mendelics oferece exames genéticos para diagnóstico da AME, incluindo o MLPA, Painel de Doenças Tratáveis e o Exame de Sequenciamento dos genes SMN1 e SMN2.  

Se quiser saber mais sobre a AME e sobre os exames de diagnóstico genético deixe sua pergunta nos comentários abaixo ou entre em contato com a nossa equipe pelo telefone (11) 5096-6001 ou através do nosso site.

 


Referências

  1. Prior TW, Leach ME, Finanger E. Spinal Muscular Atrophy. 2000 Feb 24 [Updated 2019 Nov 14]. In: Adam MP, Ardinger HH, Pagon RA, et al., editors. GeneReviews® [Internet]. Seattle (WA): University of Washington, Seattle; 1993-2020. 
  2. Talbot K, Tizzano EF. The clinical landscape for SMA in a new therapeutic era. Gene Ther. 2017;24(9):529-533. doi:10.1038/gt.2017.52
  3. The discovery of SMA
  4. PCDT Atrofia-Muscular-Espinhal-5q-Tipo-I
  5. Ministério da Saúde Atrofia Muscular-Espinhal-AME
  6. INAME – Tratamentos da AME 
CRISPR/Cas9: edição do DNA e o tratamento de doenças

CRISPR/Cas9: edição do DNA e o tratamento de doenças

CRISPR/Cas9: Prêmio Nobel de Química 2020


Em outubro de 2020, o mundo conheceu os vencedores do prêmio Nobel de química de 2020: duas cientistas, Dra. Jennifer Doudna e Dra. Emmanuelle Charpentier, foram laureadas pelo desenvolvimento de uma técnica de edição de genes chamada CRISPR/Cas9 (1). 

Em um artigo publicado na revista Science (2), em 2012, elas demonstraram que o CRISPR/Cas9, um mecanismo presente no sistema imunológico de bactérias – poderia  ser utilizado para editar o DNA humano in vitro.

Logo após essa publicação, laboratórios (e indústrias) no mundo todo passaram a explorar essa técnica em suas pesquisas, com diferentes aplicações.

O campo para uso do CRISPR/Cas9 é vasto, tanto para humanos quanto para animais e plantas. Muitas indústrias agrícolas estão desenvolvendo sistemas de controle de pragas, ou melhoramento de plantas (3).

Muito tem sido falado sobre essa técnica em todo o mundo. O CRISPR/Cas9, de fato, revolucionou a pesquisa científica na medicina e a genômica por ser um método de manipulação genética simples, versátil e preciso. 

Mais do que uma ferramenta de pesquisa, o CRISPR/Cas9 é uma esperança para muitas doenças genéticas finalmente terem um tratamento.

Mas o que é o CRISPR/Cas9 e por que se fala tanto dessa técnica? Nesse artigo, entenda essa técnica e saiba como ela pode ajudar no tratamento de doenças genéticas.

 

O CRISPR/Cas9

O CRISPR/Cas9 (sigla para Conjunto de Repetições Palindrômicas Regularmente Espaçadas em associação com a nuclease Cas9) é, hoje, o nome de uma técnica de biologia molecular capaz de editar (remover, adicionar, trocar) sequências de DNA localizadas em qualquer região do genoma. Essa técnica é baseada em um sistema de memória imunológica presente nas bactérias, usado para proteger as bactérias de invasões de vírus (2,3,4).

O sistema CRISPR/Cas9 consiste em duas moléculas:

  • Cas9: uma enzima (nuclease) que atua como um par de “tesouras” que pode cortar as duas fitas do DNA em um local específico no genoma.
  • RNA guia (gRNA): um pequeno pedaço de sequência de RNA (com cerca de 20 bases de comprimento) localizada dentro de uma estrutura de RNA mais longa. Essa molécula de RNA “guia” a Cas9 para a parte do genoma que deverá ser cortada.

E como o sistema atua?

Conhecendo previamente uma sequência no DNA que se quer alterar (como, por exemplo, uma mutação que causa uma doença), o gRNA é ‘fabricado’ para se ligar (ser complementar) a essa região específica. O gRNA leva a Cas9 até essa sequência complementar que corta essa região. Logo, o sistema de reparo de DNA, que é natural e intrínseco, ‘conserta’ a região que foi cortada acrescentando a(s) base(s) que foi removida (2,3,4).

Utilizando o sistema CRISPR/Cas9 é possível induzir o sistema de reparo do DNA a reparar o DNA alterado com uma sequência de interesse. Dessa forma, o sistema é capaz de reparar, silenciar e reprimir genes, entre outras alterações genômicas.

 

Edição do DNA e o tratamento de doenças

O CRISPR/Cas9 tem um enorme potencial para ser usado como ferramenta no tratamento de diversas doenças que possuem causa genética,  como câncer e doenças monogênicas, e  doenças infecciosas, como hepatite B e o HIV, por exemplo.

 

Câncer

O câncer é causado pelo acúmulo de alterações genéticas que levam a multiplicação desordenada das células formando um tumor. Existem vários fatores genéticos já identificados relacionados com a predisposição a desenvolver um tumor, com o local do crescimento do tumor, o seu tamanho e sua malignidade.

Estudos têm o aplicado sistema CRISPR/Cas9 para editar ou remover mutações em genes (oncogenes e proto-oncogenes) que causam essa proliferação celular descontrolada e podem resultar eventualmente em um câncer (5).

Outros estudos têm utilizado o sistema para entender fatores que desencadeiam o crescimento do tumor (tumorigênese) e sua malignidade para selecionar genes alvo para tratamento do câncer a partir de terapia gênica (5).

Além da terapia gênica focada nas alterações que promovem o câncer, resultados promissores foram vistos em estudos clínicos que utilizaram o CRISPR/Cas9 para imunoterapia de pacientes com câncer. Esses estudos retiraram células imunológicas do paciente com câncer (células T ou CAR-T), alteram essas células in vitro utilizando o  CRISPR/Cas9 e depois as reintroduziram no organismo do paciente. Os resultados foram positivos, mostrando que as células do sistema imune do paciente conseguiram rejeitar os tumores (6, 7).

 

Doenças infecciosas

O sistema CRISPR/Cas9 foi originalmente descoberto como um mecanismo de defesa de bactérias contra a invasão de vírus. Logo, é uma ferramenta que naturalmente demonstra ser promissora no tratamento de doenças infecciosas (2).

Vários estudos em células-tronco demonstram o potencial protetor do gene CCR5 contra o vírus HIV. Alterações nesse gene conferem resistência à infecção pelo vírus (8, 9).

Em 2018, uma notícia percorreu todas as mídias: um cientista chinês anunciou que duas bebês gêmeas nasceram após os embriões serem geneticamente modificados através da técnica de CRISPR/Cas9. Os embriões tiveram seu DNA editado, mais precisamente o gene CCR5, para que fossem resistentes ao vírus HIV. O cientista relatou que os bebês nasceram saudáveis e sem nenhuma sequela. Porém, a edição genética de embriões é um assunto controverso. O anúncio gerou diversas discussões mundiais e o cientista foi condenado (10).

Além da alteração de genes que conferem resistência ao vírus, o CRISPR/Cas9 se mostrou muito eficaz em um estudo que combinou a técnica de edição de genes com uma terapia anti-retroviral (ART) chamada LASER ART (Terapia Anti-retroviral de Longa Duração e Lenta Efetividade) (11).

A terapia combinada consiste em utilizar o LASER ART, que suprime a replicação do vírus lentamente no organismo e o CRISPR/Cas9 que consegue editar o genoma de células “reservatório” de vírus HIV, que por estarem latentes (“desativados”) não são afetadas pelo LASER ART. No estudo, os cientistas conseguiram eliminar o vírus HIV em ratos infectados (11).

Outras pesquisas exploram a aplicação terapêutica de CRISPR/Cas9 em várias outras doenças, incluindo o vírus influenza, Zika vírus, Dengue, vírus sincicial respiratório (VSR), herpesvírus (HSV) e o poliomavírus neurotrópico humano (JC) (12, 13, 14).

Além disso, várias infecções virais, como o vírus da hepatite B (HBV), o vírus Epstein-Barr (EBV) e o papilomavírus humano (HPV), estão relacionadas ao desenvolvimento alguns tipos de câncer, como câncer de fígado e de colo de útero. Diversos estudos também têm utilizado o CRISPR/Cas9 como estratégia para tratamento desses tipos de câncer, através da inativação do genoma do vírus ou pela inibição da sua replicação (15, 16, 17).

 

Doenças genéticas

A descoberta do sistema CRISPR/Cas9 revolucionou a engenharia genética e trouxe esperança para o tratamento e cura de muitas doenças. Além das aplicações descritas nos tópicos acima, atualmente, o CRISPR/Cas9 também tem sido utilizado em estudos visando o desenvolvimento de terapia gênica para diversas doenças genéticas. 

Diferentes estudos em camundongos demonstraram o potencial do CRISPR/Cas9 para corrigir surdez, distrofia muscular de Duchenne, hemofilia e deficiência da alfa1-antitripsina (18, 19, 20, 21).

Um exemplo promissor é a terapia baseada em transplante de células-tronco hematopoiéticas e progenitoras (HSPCs) corrigidas por CRISPR/Cas9 em pacientes com anemia falciforme e a beta talassemia, doenças causadas por mutações no gene da hemoglobina (HBB) (22, 23, 24). 

Através do CRISPR/Cas9 os cientistas conseguiram editar o gene HBB das células dos pacientes e recuperar a função normal da hemoglobina. Estudos clínicos estão sendo realizados para comprovar a segurança e eficácia desse tratamento (22, 23, 24).

 

Limitações 

De fato, o CRISPR/Cas9 é a grande esperança da medicina atualmente. Apesar desses (e outros) avanços que o CRISPR/Cas9 trouxe para o mundo e da rápida expansão dos estudos visando o desenvolvimento de novas terapias, muitas pesquisas ainda são necessárias para avaliar a eficiência e, principalmente, a segurança de utilizar essa técnica em humanos.

Estudos também demonstraram que muitas vezes, o sistema CRISPR/Cas9 erra o alvo e acaba editando outras regiões do genoma. Esse acontecimento é chamado de “off-targets” (fora do alvo) e é um importante fator limitante do uso do CRISPR/Cas9 in vivo em humanos. Ainda  é preciso entender como o sistema atua dentro do nosso organismo e quais as consequências de editar nosso genoma, para nós e para as futuras gerações.

Além disso, a edição do DNA levanta muitas questões éticas importantes. Comitês de ética do mundo todo têm discutido a aplicação da edição de genes em embriões. 

Obs: Para entender melhor como o sistema CRISPR/Cas9 atua, sugerimos esse vídeo


Referências

  1. https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/
  2. https://science.sciencemag.org/content/337/6096/816.full
  3. El-Mounadi K, Morales-Floriano ML, Garcia-Ruiz H. Principles, Applications, and Biosafety of Plant Genome Editing Using CRISPR-Cas9. Front Plant Sci. 2020 Feb 13;11:56.
  4. Sun, J., Wang, J., Zheng, D., & Hu, X. (2019). Advances in therapeutic application of CRISPR-Cas9. Briefings in Functional Genomics. doi:10.1093/bfgp/elz031
  5. Jiang C, Meng L, Yang B, et al. Application of CRISPR/Cas9 gene editing technique in the study of cancer treatment. Clin Genet 2019. 
  6. Stadtmauer EA, Fraietta JA, Davis MM, Cohen AD, Weber KL, Lancaster E, Mangan PA, Kulikovskaya I, Gupta M, Chen F, Tian L, Gonzalez VE, Xu J, Jung IY, Melenhorst JJ, Plesa G, Shea J, Matlawski T, Cervini A, Gaymon AL, Desjardins S, Lamontagne A, Salas-Mckee J, Fesnak A, Siegel DL, Levine BL, Jadlowsky JK, Young RM, Chew A, Hwang WT, Hexner EO, Carreno BM, Nobles CL, Bushman FD, Parker KR, Qi Y, Satpathy AT, Chang HY, Zhao Y, Lacey SF, June CH. CRISPR-engineered T cells in patients with refractory cancer. Science. 2020 Feb 28;367(6481):eaba7365. 
  7. Garfall AL, Maus MV, Hwang WT, et al. Chimeric antigen receptor T cells against CD19 for multiple myeloma. N Engl J Med 2015;373:1040–7.
  8.  Samson M, Libert F, Doranz BJ, et al. Resistance to HIV-1infection in caucasian individuals bearing mutant alleles of the CCR-5 chemokine receptor gene. Nature 1996;382:722–5
  9.  Kang H, Minder P, Park MA, et al.CCR5 disruption in induced pluripotent stem cells using CRISPR/Cas9 provides selective resistance of immune cells to CCR5-tropic HIV-1 virus. Mol Ther Nucleic Acids 2015;4:e268.
  10. https://www.sciencemag.org/news/2019/12/chinese-scientist-who-produced-genetically-altered-babies-sentenced-3-years-jail
  11. Dash, P.K., Kaminski, R., Bella, R. et al. Sequential LASER ART and CRISPR Treatments Eliminate HIV-1 in a Subset of Infected Humanized Mice. Nat Commun 10, 2753 (2019). https://doi.org/10.1038/s41467-019-10366-y
  12. van Diemen FR, Kruse EM, Hooykaas MJ, et al. CRISPR/Cas9-mediated genome editing of Herpesviruses limits productive and latent infections. PLoS Pathog 2016;12:e1005701.
  13. Wollebo HS, Bellizzi A, Kaminski R, et al. CRISPR/Cas9 system as an agent for eliminating Polyomavirus JC infection.PLoS One 2015;10:e0136046.
  14. Li Y, Muffat J, Omer Javed A, Keys HR, Lungjangwa T, Bosch I, Khan M, Virgilio MC, Gehrke L, Sabatini DM, Jaenisch R. Genome-wide CRISPR screen for Zika virus resistance in human neural cells. Proc Natl Acad Sci U S A. 2019 May 7;116(19):9527-9532
  15. Ramanan V, Shlomai A, Cox DB, et al. CRISPR/Cas9 cleavage of viral DNA efficiently suppresses hepatitis B virus. Sci Rep 2015;5: 10833.
  16. Yuen KS, Chan CP, Wong NH, et al. CRISPR/Cas9-mediated genome editing of Epstein–Barr virus in human cells. J GenVirol 2015;96:626–36.
  17. Sanchez-Rivera FJ, Jacks T. Applications of the CRISPR-Cas9 system in cancer biology. Nat Rev Cancer 2015;15:387–95.
  18. Nelson CE, Wu Y, Gemberling MP, Oliver ML, Waller MA, Bohning JD, Robinson-Hamm JN, Bulaklak K, Castellanos Rivera RM, Collier JH, Asokan A, Gersbach CA. Long-term evaluation of AAV-CRISPR genome editing for Duchenne muscular dystrophy. Nat Med. 2019 Mar;25(3):427-432. 
  19. Wang D, Zhang G, Gu J, et al. Vivo generated hematopoietic stem cells from genome edited induced pluripotent stem cells are functional in platelet-targeted gene therapy of murine hemophilia A. Haematologica 2019. pii: haematol.2019.219089. 
  20. György B, Nist-Lund C, Pan B, Asai Y, Karavitaki KD, Kleinstiver BP, Garcia SP, Zaborowski MP, Solanes P, Spataro S, Schneider BL, Joung JK, Géléoc GSG, Holt JR, Corey DP. Allele-specific gene editing prevents deafness in a model of dominant progressive hearing loss. Nat Med. 2019 Jul;25(7):1123-1130. doi: 10.1038/s41591-019-0500-9. Epub 2019 Jul 3. PMID: 31270503; PMCID: PMC6802276.
  21. Bjursell M, Porritt MJ, Ericson E, Taheri-Ghahfarokhi A, Clausen M, Magnusson L, Admyre T, Nitsch R, Mayr L, Aasehaug L, Seeliger F, Maresca M, Bohlooly-Y M, Wiseman J. Therapeutic Genome Editing With CRISPR/Cas9 in a Humanized Mouse Model Ameliorates α1-antitrypsin Deficiency Phenotype. EBioMedicine. 2018 Mar;29:104-111. 
  22. Huang X,Wang Y, Yan W, et al. Production of gene-corrected adult beta globin protein in human erythrocytes differentiated from patient iPSCs after genome editing of the sickle point mutation. Stem Cells 2015;33:1470–9. 
  23. Park SH, Lee CM, Dever DP, et al. Highly efficient editing of the beta-globin gene in patient-derived hematopoietic stem and progenitor cells to treat sickle cell disease. Nucleic Acids Res 2019;47(15):7955–7972. 
  24. Song B, Fan Y, He W, et al. Improved hematopoietic differentiation efficiency of gene-corrected beta-thalassemia induced pluripotent stem cells by CRISPR/Cas9 system. Stem Cells Dev 2015;24:1053–65.