CRISPR: applications in human pathologies and future prospects
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| Data de Publicação: | 2018 |
| Tipo de documento: | Dissertação |
| Idioma: | eng |
| Título da fonte: | Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) |
| Texto Completo: | http://hdl.handle.net/10400.1/12618 |
Resumo: | Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Ciências Farmacêuticas, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Univ. do Algarve, 2018 |
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CRISPR: applications in human pathologies and future prospectsCRISPRCas9Edição do genomaPatologias humanasDomínio/Área Científica::Ciências Médicas::Ciências da SaúdeDissertação para obtenção do Grau de Mestre em Ciências Farmacêuticas, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Univ. do Algarve, 2018O sistema CRISPR (do inglês: clustered regularly interspaced short palindromic repeats) faz parte de um processo de imunidade adquirida existente nas bactérias, sendo constituído por sequencias de bases de ácido desoxirribonucleico (ADN) curtas e repetitivas que fornecem uma imunidade adquirida contra vírus e plasmídeos tendo como alvo o ácido nucleico dos invasores de uma forma específica. Os loci CRISPR consistem num arranjo de sequências repetitivas curtas de aproximadamente 30-40 pares de bases e parcialmente palindrómico, intervaladas por sequências de 'espaçador' igualmente curtas de origem viral ou de plasmídeo. Os espaçadores fornecem um registo genético de uma infeção anterior, o que permite ao hospedeiro prevenir futuras invasões do mesmo agente infecioso. A Cas9 é uma endonuclease de ADN, multifuncional, com aproximadamente 1,368 aminoácidos. Esta endonuclease cliva ADN de cadeia dupla, 3 pares de bases a montante do Motivo Adjacente ao Protoespaçador (do inglês: Protospacer adjacent motif, PAM) através de dois domínios distintos de nucleases. Tem um domínio de nuclease tipo HNH que cliva a cadeia de DNA complementar à sequência guia de ácido ribonucleico (ARN), também conhecida como a cadeia alvo, e um domínio de nuclease tipo RuvC responsável por clivar a cadeia de DNA oposta à cadeia complementar. Adicionalmente, a Cas9 também participa na maturação do ácido ribonucleico CRISPR (do inglês: CRISPR ribonucleic acid, crRNA) e da aquisição do espaçador. A edição de genoma é um tipo de engenharia genética na qual ADN é inserido, deletado ou substituído no genoma de organismos celulares através de nucleases programáveis e altamente específicas como a CRISPR/Cas9. O sistema de CRISPR/Cas9 depende de ARNs pequenos como o crRNA, crRNA de ativação em trans (do inglês: trans-activating crRNA, tracrRNA) e ARN guia (do inglês: single-guide RNA, sgRNA) para clivagem de sequências específicas de ADN. A Cas9 necessita apenas de uma sequência de 20 nucleótidos no sgRNA que se emparelha com os pares de bases do ADN alvo e a presença de um PAM adjacente à região de complementaridade. As quebras de cadeias duplas induzidas por nucleases podem ser reparadas por ligação de extremidades não homólogas (do inglês: Non-Homologous End-Joining, NHEJ) e por reparação direcionada por homologia (do inglês: Homology Directed Repair, HDR). As modificações baseadas em NHEJ são propensas a erros e incluem pequenas inserções ou deleções (indels). Por outro lado, as modificações baseadas em HDR usam um modelo de ADN nativo ou desenhado para substituir o alelo alvo por uma sequência desenhada pelo processo de recombinação. Existem outras vias de reparação de ADN que também podem produzir edições de genoma. Na ausência de um modelo de reparação, as quebras de cadeias duplas são religadas através do processo NHEJ, onde ocorrem mutações indel. No entanto, pode ser fornecido um modelo de reparação para promover o caminho HDR, que permite alta fidelidade e edição precisa. Uma vez que o CRISPR acompanhado pela Cas9 pode ser programado para editar qualquer local de interesse no genoma, torna-se possível a correção de erros e mutações que o genoma possa ter sofrido, e ainda ativar ou desativar genes em células e organismos, de forma eficaz, rápida e económica. Desta forma, o processo de CRISPR/Cas9 tem sido aplicado em diversas áreas de interesse como medicina, biotecnologia, biologia e agricultura para controlar por exemplo a transcrição, modificar epigenomas, realizar rastreios genómicos, manipular circuitos biológicos facilitando a geração de materiais sintéticos, corrigir mutações genéticas e controlar a expressão de genes inteiros. Especificamente, este mecanismo tem sido intensamente explorado para aplicação em patologias humanas como a investigação dos mecanismos responsáveis de diversas doenças, rastreio para descoberta de novos fármacos e desenvolvimento de novas terapias, diagnóstico rápido, edição in vitro e in vivo e correção de transmissões hereditárias. Atualmente, o CRISPR/Cas9 já tem sido aplicado em doenças sem atual cura clínica de origem viral como o vírus da imunodeficiência humana (VIH), vírus Epstein-Barr (VEB), vírus da hepatite B, papilomavírus humano (HPV), vírus de John Cunningham (VJC) e o vírus herpes simplex (VHS). Igualmente já tem sido utilizado em doenças genéticas sem cura como a talassemia β, fibrose cística, distrofia muscular de duchenne e doença de Huntington. A crescente resistência aos antibióticos também despoletou interesse na utilização do CRISPR/Cas9 nesta área. Por fim, esta tecnologia tem sido utilizada no estudo da área da oncologia visto que esta é uma doença devastadora de origem genética que provoca uma em cada seis mortes mundialmente e, infelizmente, o arsenal terapêutico existente para o cancro tem limitações na sua capacidade de cura e muitos efeitos adversos relatados incluindo toxicidade. Apesar do CRISPR/Cas9 apresentar resultados positivos e promissores em diversas patologias, este sistema tem algumas limitações tais como mutações fora de alvo, problemas com o sistema de entrega, dependência do PAM e questões éticas que devem ser ultrapassadas de modo a que seja possível progredir para estudos clínicos posteriormente. Seguramente, o futuro desta nova tecnologia aparenta ser promissor e digno da atenção de toda a comunidade científica, visto que poderá possivelmente constituir a resposta ao tratamento muitas patologias humanas que neste momento são consideradas incuráveis. No primeiro capítulo desta revisão bibliográfica, é apresentada uma breve introdução da história do CRISPR desde a primeira vez que foi descrito, passando pela descoberta da sua função em bactérias, até ao presente em que este método de edição genética é adaptado para uso laboratorial. Posteriormente no mesmo capítulo introdutório, são descritas as estruturas do CRISPR e da Cas9 e o seu respetivo mecanismo de ação. Por fim, ainda é descrita a transição da sua aplicação na edição do genoma a nível laboratorial que inclui também a comparação do CRISPR/Cas9 com os métodos de edição genética anteriores e a discussão sobre o desenvolvimento dos diversos métodos de entrega deste sistema ao local de ação pretendido. No segundo capítulo são abordadas as aplicações gerais do sistema de edição genética do CRISPR/Cas9 em áreas como a medicina, biotecnologia, biologia e agricultura e, mais especificamente em algumas patologias humanas de origem viral, genética, bacteriana e ainda um subcapítulo dedicado somente às doenças oncológicas. É feita uma breve descrição das patologias abordadas, descrevendo a sua origem, o mecanismo responsável pelo desencadear da doença, os seus sintomas, assim como o seu tratamento e as limitações associadas e por fim a utilização do sistema CRISPR/Cas9 no desenvolvimento de novas terapias. No terceiro capítulo são discutidas as limitações desta nova tecnologia incluindo as mutações fora de alvo, a sua dependência do PAM, as fragilidades dos métodos de entrega do CRISPR/Cas9 e as questões éticas levantadas pelo uso deste método de edição genética.Por fim, no quarto e último capítulo são abordadas as considerações finais deste tema e as perspetivas futuras do CRISPR/Cas9.Cancela, LeonorFerreira, BibianaSapientiaFranco, Hannah Sabrina2019-06-11T10:26:11Z2018-11-3020182018-11-30T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10400.1/12618TID:202241548enginfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-07-24T10:24:34Zoai:sapientia.ualg.pt:10400.1/12618Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T20:03:55.339310Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse |
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