Antecedentes

Las células reparan continuamente el daño genómico causado por la radiación ultravioleta, sustancias químicas y subproductos metabólicos. La compleja red de señalización de la respuesta al daño del ADN (DDR) es la línea de defensa clave para mantener la estabilidad genómica. Si esta vía presenta defectos, la inestabilidad genómica se acumula, derivando en cáncer. Paradójicamente, estos defectos de DDR en las células cancerosas también se convierten en el objetivo clave de la terapia antitumoral basada en letalidad sintética, que bloquea adicionalmente vías de reparación específicas para inducir la muerte selectiva únicamente de las células cancerosas.

La investigación en genómica funcional tradicional ha dependido principalmente del cribado CRISPR-Cas9 para la eliminación de genes individuales. Sin embargo, las células humanas han desarrollado múltiples vías de compensación redundantes durante la evolución. Incluso al inactivar un solo gen, las proteínas alternativas que realizan funciones similares pueden compensar la pérdida, por lo que resulta difícil determinar por completo las complejas redes de interacción genética mediante una única deleción. Para analizar exhaustivamente las interacciones entre pares de genes, era imperativo contar con una plataforma de cribado múltiple a gran escala capaz de realizar deleciones precisas de dos o más genes simultáneamente.

Hallazgos clave

Los investigadores se centraron en las propiedades de la enzima Cas12a, que puede procesar y liberar múltiples ARN guía bajo un solo promotor. A diferencia de Cas9, Cas12a posee una capacidad intrínseca de procesamiento de crRNA, lo que le otorga una ventaja estructural para el direccionamiento múltiple de genes. La investigación estableció un sistema de cribado de knockout múltiple de alta eficiencia que maximiza esta característica para inducir miles de combinaciones de doble deleción en cientos de genes DDR principales.

Al realizar el knockout de pares de genes en combinación por combinación dentro de las células y rastrear cuantitativamente los cambios en la proliferación y supervivencia celular, se derivaron puntuaciones de interacción genética que aparecen cuando ambos genes están ausentes. Se distinguieron claramente las interacciones de letalidad sintética, en las que se maximiza la muerte celular, de las interacciones de mitigación, que contrarrestan el efecto del defecto de un solo gen. La red física y funcional entre las principales vías detalladas de DDR, como la reparación por recombinación homóloga (HRR), la unión de extremos no homólogos (NHEJ) y la reparación por escisión de bases (BER), se visualizó con precisión en un único mapa.

Se identificaron numerosas combinaciones de genes de respaldo desconocidos que sostienen la supervivencia celular cuando faltan factores específicos de resolución del estrés de replicación del ADN. Se demostró que los genes que no mostraban fenotipos evidentes en cribados de un solo gen provocan una pérdida letal de viabilidad al actuar en pareja.

Significado y perspectivas

Este mapa de interacciones proporciona pistas cruciales para superar la resistencia a fármacos, un desafío persistente en el desarrollo de tratamientos contra el cáncer. Porque proporciona la base genética para identificar qué factores de reparación secundarios deben inhibirse adicionalmente en los tumores que muestran resistencia a terapias dirigidas como los inhibidores de PARP. Al combinarse con datos de análisis genómico a gran escala, puede actuar como una brújula para seleccionar combinaciones de terapia de precisión adaptadas a los patrones de mutación de los tumores individuales de los pacientes.

Sin embargo, persisten desafíos para alcanzar la aplicación clínica real. Los pares de letalidad sintética derivados de modelos de líneas celulares in vitro deben someterse a una rigurosa validación en modelos animales para verificar si muestran la misma eficacia en el complejo microentorno tumoral in vivo. La posibilidad de corte fuera del objetivo (off-target) y la variación en la eficiencia de corte entre los genes diana de la tecnología de edición múltiple Cas12a también son áreas que requieren una optimización sistemática.