Tehnologia CRISPR readuce la viață o genă antică ce previne guta și steatoza hepatică

Un studiu recent publicat în Scientific Reports a readus în atenție un element fundamental al biologiei umane: incapacitatea noastră de a oxida uratul, forma biologică a acidului uric. Umanitatea a pierdut această capacitate în urmă cu aproximativ douăzeci până la treizeci de milioane de ani, odată cu transformarea genei uricazei într-un pseudogen. Nivelurile ridicate de urat – adesea peste 7,5 mg/dL – sunt asociate cu gută, afectare renală și hepatică, dar și cu boli cardiovasculare și hipertensiune. Echipa de cercetători a reușit să reintegreze o formă ancestrală funcțională a uricazei în hepatocite umane folosind tehnologia CRISPR, oferind astfel ocazia de a testa ipoteze evolutive vechi și de a modela o posibilă terapie genomică pentru hiperuricemie.
Uratul este produsul final al metabolismului purinelor și se acumulează în organism datorită incapacității noastre de a-l descompune în metaboliți solubili. În majoritatea mamiferelor, uricaza prezentă în peroxizomi degradează uratul, prevenind acumularea cristalină toxică.

La oameni și la alte primate superioare, uricaza a devenit nefuncțională, ceea ce a dus la creșterea progresivă a concentrațiilor serice de urat. Această modificare s-a produs în paralel în cel puțin două linii de primate, sugerând o posibilă presiune selectivă pozitivă. Ipotezele moderne conectează această pierdere enzimatică la thrifty gene hypothesis, conform căreia creșterea uratului ar fi facilitat conversia fructozei în lipide, sprijinind supraviețuirea în perioade de înfometare și dezvoltarea unor creiere mai mari la strămoșii noștri frugivori.

Totuși, creșterea uratului are și consecințe patologice. Hiperuricemia este frecvent observată la pacienții cu hipertensiune și este un marker predictiv pentru boala renală și cardiovasculară. Cu toate acestea, funcția biologică exactă a uratului rămâne dificil de stabilit, iar modelele animale nu reflectă fidel biologia umană din cauza diferențelor fundamentale în metabolismul uratului.

Despre studiu

Integrarea genomică a uricazei ancestrale

Echipa a utilizat CRISPR/Cas9 pentru a introduce o genă ancestrală de uricază într-un locus considerat sigur pentru inserție (AAVS1) în celule hepatice umane Huh. Inserția a inclus:

• o genă de rezistență la puromicină pentru selecție;
• o proteină fluorescentă RFP pentru identificarea vizuală a celulelor modificate;
• generația ancestrală de uricază (AncUOX), conectată prin secvențe T2A.

Analizele PCR și secvențierea au confirmat integrarea corectă și expresia stabilă a uricazei. Western blotul a evidențiat o proteină funcțională de aproximativ 35 kDa, prezentă doar în celulele modificate. Imunofluorescența a arătat că uricaza se localizează corect în peroxizomi, imitând distribuția naturală întâlnită la mamiferele non-primatelor.

Oxidarea uratului în culturi celulare 2D și 3D

Cercetătorii de la Georgia State University au expus celulele la concentrații variate de urat (150–600 µM), observând degradarea aproape completă a moleculei în monostraturi celulare, chiar și la încărcături mari. Sferoizii 3D, deși funcționali, au prezentat o degradare mai lentă, atribuibilă difuziei limitate a uratului în structuri dense. Totuși, ambele modele au demonstrat activitate uricolitică robustă.

Impactul uricazei asupra metabolismului fructozei

Expunerea la fructoză (20 mM) a determinat creșteri marcate ale nivelurilor de urat și trigliceride în celulele fără uricază. În schimb, celulele cu uricază activă:

• nu au prezentat acumulare de urat;
• nu au dezvoltat creșterea trigliceridelor;
• au menținut niveluri metabolice stabile, atât în culturi 2D, cât și în sferoizi.

Aceste rezultate sprijină ipoteza că lipsa uricazei facilitează lipogeneza hepatică în condiții de aport ridicat de fructoză.

Comportamentul metabolic în condiții de înfometare

În sferoizii privați de nutrienți, expresia uricazei a fost asociată cu:

• niveluri mai mari de ATP;
• niveluri mai mari de trigliceride;
• niveluri mai mici de urat intracelular.

Aceste date contrazic ideea că pierderea uricazei ar fi favorizat supraviețuirea la înfometare, deși rolul evolutiv complet al pseudogenizării rămâne încă deschis interpretării.

Rezultate

Demonstrarea funcționalității uricazei ancestrale

Integrarea precisă a genei AncUOX a generat hepatocite capabile să degradeze eficient uratul la niveluri ce depășesc limitele patologice umane (7,5–10 mg/dL). Această descoperire confirmă faptul că reinserția unei gene ancestrale poate restabili o funcție metabolică pierdută în evoluție.

Legătura dintre urat, fructoză și metabolismul lipidic

Rezultatele sugerează că absența uricazei contribuie direct la acumularea trigliceridelor în contextul unui aport crescut de fructoză – un posibil avantaj adaptativ pentru strămoșii frugivori, dar o vulnerabilitate metabolică în mediul modern.

Impactul asupra ipotezei thrifty gene

Studiul oferă suport empiric pentru ideea că pierderea uricazei a amplificat sinteza hepatică de lipide, facilitând depozitarea energiei în perioade de abundență fructiferă și posibil contribuind la dezvoltarea creierului la primatele timpurii.

Relevanță terapeutică directă

Expresia stabilă și localizată hepatic a uricazei sugerează că o terapie genică orientată spre hepatocite ar putea fi o abordare viabilă pentru pacienții cu hiperuricemie refractară. Avantajele potențiale includ:

• evitarea reacțiilor imunologice severe observate la uricazele recombinante;
• localizarea peroxizomală care permite detoxifierea peroxidului de hidrogen generat;
• menținerea pe termen lung a activității enzimatice;
• corectarea unei cauze primare, nu doar a consecințelor hiperuricemiei.

Concluzii și direcții viitoare

Reactivarea unei enzime pierdute în evoluție oferă o unealtă experimentală unică pentru a explora biologia uratului și pentru a testa ipoteze evolutive. Studiul demonstrează că uricaza ancestrală poate fi exprimată în hepatocite umane în mod stabil și funcțional, restabilind un mecanism metabolic absent de milioane de ani.

Pe lângă valoarea fundamentală, abordarea are implicații clinice puternice. O terapie genică orientată spre restabilirea oxidării uratului ar putea reprezenta o alternativă pentru pacienții care nu răspund la tratamentele standard sau care dezvoltă reacții severe la terapiile existente.

Cercetătorii anticipează utilizarea nanoparticulelor lipidice pentru a livra sistemul CRISPR–uricază în hepatocitele umane, un pas care ar deschide drumul către testarea preclinică și, ulterior, clinică a acestei strategii terapeutice.