El síndrome de Down, causado por la trisomía del cromosoma 21, es la anomalía cromosómica viable más común en humanos. Aunque se han desarrollado técnicas avanzadas de diagnóstico prenatal y modelos animales que han permitido conocer mejor sus manifestaciones clínicas, aún existen escasas estrategias dirigidas a corregir directamente su causa genética fundamental: la presencia de un cromosoma extra.
Un estudio japonés ha demostrado la posibilidad de eliminar selectivamente el cromosoma supernumerario en células humanas con trisomía 21.
Un reciente estudio japonés, publicado en PNAS Nexus, presenta una innovadora aproximación basada en la edición genética mediante el sistema CRISPR-Cas9. Por primera vez, un equipo liderado por Ryotaro Hashizume ha demostrado la posibilidad de eliminar selectivamente el cromosoma supernumerario en células humanas con trisomía 21, tanto en células madre pluripotentes inducidas (iPS) como en fibroblastos diferenciados.
Precisión quirúrgica: cortes alelo-específicos
A diferencia de aproximaciones anteriores que realizaban cortes en regiones comunes a los tres cromosomas 21, esta investigación introduce una metodología de cortes múltiples alelo-específicos. Es decir, se diseñan secuencias guía (gRNA) para dirigir la proteína Cas9 únicamente al cromosoma heredado de una de las madres del paciente (denominado M2), respetando las otras dos copias y evitando así posibles efectos indeseados sobre genes impresos por origen parental.
Al aumentar el número de sitios de corte en el cromosoma M2, se incrementó proporcionalmente la tasa de eliminación del cromosoma extra
La selección precisa de estas secuencias se basó en un análisis computacional complejo de datos de secuenciación del genoma completo, que permitió identificar más de 15 mil sitios potenciales exclusivos del alelo M2. Posteriormente, se validaron experimentalmente los sitios con mayor eficiencia de corte y especificidad.
Los resultados fueron contundentes:al aumentar el número de sitios de corte en el cromosoma M2, se incrementó proporcionalmente la tasa de eliminación del cromosoma extra, alcanzando hasta un 13% de corrección de cariotipo (de trisomía a disomía) en iPS. Esta cifra se elevó hasta el 30% al aplicar simultáneamente un silenciamiento temporal de los genes POLQ y LIG4, involucrados en la reparación del ADN, lo que potencia la pérdida del cromosoma dañado. Comparado con estrategias de corte inespecífico (dirigidas a los tres cromosomas 21), el enfoque alelo-específico demostró ser más eficiente y menos tóxico para las células, preservando mejor su viabilidad.
Corrección funcional, no solo estructural
Más allá del aspecto citogenético, el estudio analizó el impacto de la corrección del cariotipo sobre la expresión génica y el fenotipo celular. Los perfiles de expresión obtenidos por RNA-seq mostraron que las células corregidas se agrupaban claramente con las euploides (normales), separándose de las trisómicas.
Los perfiles de expresión obtenidos por RNA-seq mostraron que las células corregidas se agrupaban claramente con las euploides separándose de las trisómicas.
Genes asociados al desarrollo neurológico —uno de los sistemas más afectados en el síndrome de Down— presentaron una expresión significativamente aumentada tras la eliminación del cromosoma extra, mientras que genes relacionados con el metabolismo, sustancialmente sobreactivados en trisomía 21, se normalizaron. Asimismo, las células corregidas exhibieron un menor nivel de especies reactivas de oxígeno (ROS) y un tiempo de duplicación celular más corto, lo que indica una mejora en la funcionalidad celular.
Un hallazgo particularmente talentoso es que la estrategia también fue efectiva en fibroblastos derivados de piel, una célula terminalmente diferenciada. La eliminación específica del cromosoma M2 alcanzó casi un 14 % en estas células, lo que sugiere que el método podría ser aplicable más allá del entorno experimental de las iPS. Incluso en condiciones donde las células no estaban proliferando activamente, se detectó eliminación cromosómica, lo que desafía la creencia de que estos procesos solo son posibles durante la división celular.
Un horizonte terapéutico
Pese a su potencial, el enfoque todavía enfrenta limitaciones. No todas las células logran eliminar completamente el cromosoma diana, y en aquellas que lo retienen, se introducen mutaciones en las zonas cortadas. Además,se han observado efectos fuera del objetivo en otros alelos, aunque en una proporción mínima. Otro reto es trasladar este avance a un contexto clínico. Por ahora, los experimentos se han limitado a una línea celular y dos tipos celulares. Para futuras aplicaciones en terapias, será indispensable confirmar la reproducibilidad y seguridad del método en modelos más diversos, y eventualmente desarrollar sistemas de entrega eficaces in vivo.
A medio camino entre la edición genética de precisión y la terapia cromosómica, esta investigación ofrece una nueva vía para tratar el síndrome de Down desde su raíz genética. En lugar de intentar silenciar o mitigar los efectos del cromosoma adicional, proponga su eliminación específica, abriendo las puertas a futuras aplicaciones clínicas. Este avance también sienta precedentes para abordar otras aneuploidías humanas, como las trisomías 13 y 18, así como algunas alteraciones cromosómicas observadas en cáncer. Si bien queda un largo camino por recorrer, el trabajo de Hashizume y su equipo representan un hito en la investigación biomédica: la posibilidad real de corregir una trisomía humana mediante edición génica de alta precisión.
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Ryotaro Hashizume, Sachiko Wakita, Hirofumi Sawada, Shin-ichiro Takebayashi, Yasuji Kitabatake, Yoshitaka Miyagawa, Yoshifumi S Hirokawa, Hiroshi Imai, Hiroki Kurahashi, Trisomic rescue via allele-specific multiple chromosome cleavage using CRISPR-Cas9 in trisomy 21 cells, PNAS Nexus, Volume 4, Issue 2, February 2025, pgaf022, https://doi.org/10.1093/pnasnexus/pgaf022
