La desactivación genética condicional es una técnica que se utiliza para eliminar un gen específico en un tejido determinado, como el hígado. [1] [2] Esta técnica es útil para estudiar el papel de genes individuales en organismos vivos. Se diferencia del bloqueo genético tradicional porque se dirige a genes específicos en momentos específicos en lugar de eliminarse desde el comienzo de la vida. El uso de la técnica de desactivación genética condicional elimina muchos de los efectos secundarios de la desactivación genética tradicional . En el knockout de genes tradicional, muerte embrionaria por una mutación genéticapuede ocurrir, y esto impide que los científicos estudien el gen en adultos. Algunos tejidos no se pueden estudiar adecuadamente de forma aislada, por lo que el gen debe estar inactivo en un determinado tejido mientras permanece activo en otros. Con esta tecnología, los científicos pueden eliminar genes en una etapa específica del desarrollo y estudiar cómo la eliminación de un gen en un tejido afecta al mismo gen en otros tejidos. [3] [4]
Técnica
La técnica más utilizada es el sistema de recombinación Cre-lox. La enzima Cre recombinasa reconoce específicamente dos sitios lox (loci de recombinación) dentro del ADN y provoca la recombinación entre ellos. Durante la recombinación, dos cadenas de ADN intercambian información. Esta recombinación provocará una deleción o inversión de los genes entre los dos sitios lox, dependiendo de su orientación. Se puede eliminar un gen completo para inactivarlo. [1] [3] Todo este sistema es inducible, por lo que se puede agregar una sustancia química para eliminar genes en un momento específico. Dos de las sustancias químicas más utilizadas son la tetraciclina, que activa la transcripción del gen de la recombinasa Cre y el tamoxifeno, que activa el transporte de la proteína recombinasa Cre al núcleo. [4] Sólo unos pocos tipos de células expresan la recombinasa Cre y ninguna célula de mamíferos la expresa, por lo que no existe riesgo de activación accidental de sitios lox cuando se utiliza la desactivación genética condicional en mamíferos. Averiguar cómo expresar la Cre-recombinasa en un organismo tiende a ser la parte más difícil de esta técnica. [3]
Usos
El método de desactivación genética condicional se utiliza a menudo para modelar enfermedades humanas en otros mamíferos. [2] Ha aumentado la capacidad de los científicos para estudiar enfermedades, como el cáncer, que se desarrollan en tipos de células o etapas de desarrollo específicos. [4] Se sabe que las mutaciones en el gen BRCA1 están relacionadas con el cáncer de mama. Los científicos utilizaron la desactivación genética condicional para eliminar el alelo BRCA1 en el tejido de la glándula mamaria en ratones y descubrieron que desempeña un papel importante en la supresión de tumores. [3]
Se eliminó un gen específico en el cerebro de ratón que se cree que está involucrado en la aparición de la enfermedad de Alzheimer y que codifica la enzima quinasa 5 dependiente de ciclina (Cdk5). Se descubrió que estos ratones eran "más inteligentes" que los ratones normales y podían manejar tareas complejas de manera más inteligente en comparación con los ratones "normales" criados en el laboratorio. [5]
Proyecto Knockout Mouse (KOMP)
Los knockouts de genes condicionales en ratones se utilizan a menudo para estudiar enfermedades humanas porque muchos genes producen fenotipos similares en ambas especies. Durante los últimos 100 años, la genética de ratones de laboratorio se ha utilizado para esto porque los ratones son mamíferos fisiológicamente lo suficientemente similares a los humanos como para generar pruebas cualitativas. Estos dos tienen genes tan similares que de 4000 genes estudiados, solo 10 se encontraron en una especie pero no en la otra. Todos los mamíferos compartieron el mismo ancestro común hace aproximadamente 80 millones de años; técnicamente hablando, todos los genomas de los mamíferos son comparativamente similares. Sin embargo, en comparación entre ratones y humanos, las regiones de los genomas que codifican proteínas son idénticas en un 85% y tienen similitudes entre el 99% de sus homólogos. Estas similitudes dan como resultado fenotipos similares que se expresan entre las dos especies. [8] [12] Sus genes son muy parecidos a los de los humanos, con un 99% de homólogos similares. Además de producir fenotipos similares, también los convierte en candidatos muy prometedores para la eliminación de genes condicionales. [8] El objetivo de KOMP es crear mutaciones knockout en las células madre embrionarias para cada uno de los 20.000 genes que codifican proteínas en ratones. [2] Los genes se eliminan porque esta es la mejor manera de estudiar su función y aprender más sobre su papel en las enfermedades humanas. Hay dos estrategias principales para la desactivación condicional de genes y son el direccionamiento de genes o la recombinación homóloga y la captura de genes. Ambos métodos suelen tener un vector viral modificado o un fragmento lineal como modo de transporte del ADN artificial al interior de la célula ES diana. Luego, las células crecen en una placa de Petri durante varios días y se insertan en los embriones en etapa temprana. Por último, los embriones se colocan en el útero de la hembra adulta, donde puede convertirse en su descendencia. [9] Algunos alelos de este proyecto no se pueden eliminar mediante métodos tradicionales y requieren la especificidad de la técnica de eliminación condicional de genes. Se necesitan otros métodos combinatorios para eliminar los últimos alelos restantes. La eliminación condicional de genes es un procedimiento que requiere mucho tiempo y hay proyectos adicionales que se centran en eliminar los genes restantes del ratón. [6] El colaborador del proyecto KOMP, Oliver Smithies, posiblemente proporcionó el mayor impacto científico en la selección de este gen. Oliver recibió el premio Nobel de Medicina debido a una técnica que permite identificar funciones en genes y cómo utilizar el método "knockout" para eliminar ciertos genes. Desafortunadamente, el pionero en la selección de genes murió a la edad de 91 años el 10 de enero de 2017. [11] El KOMP proyectado se inició en 2006 y aún continúa en la actualidad. [7] El repositorio de KOMP ofrece incentivos a quienes participan en los proyectos para que les devuelvan sus comentarios y se les puede reembolsar el 50% del costo de sus células de investigación a quienes cumplan con criterios específicos. [10]
Referencias
- ^ a b Varshney, Guarav; Burgess, Shawn (26 de octubre de 2013). "Recursos de mutagénesis y fenotipado en pez cebra para estudiar el desarrollo y la enfermedad humana" . Sesiones informativas sobre genómica funcional . 13 (2): 82–94. doi : 10.1093 / bfgp / elt042 . PMC 3954039 . PMID 24162064 .
- ^ a b c Skarnes, William; Rosen, Barry; et al. (2011). "Un recurso de knockout condicional para el estudio de todo el genoma de la función del gen del ratón" . Naturaleza . 474 (7351): 337–342. doi : 10.1038 / nature10163 . PMC 3572410 . PMID 21677750 .
- ^ a b c d Clarke, Alan (21 de marzo de 2000). "Manipulación de la línea germinal: su impacto en el estudio de la carcinogénesis" . Carcinogénesis . 21 (3): 435–441. doi : 10.1093 / carcin / 21.3.435 . PMID 10688863 .
- ^ a b c Zhang, Jian; Zhao, Jing (julio de 2012). "Manipulación condicional de genes: creación de una nueva era biológica" . J Zhejiang Univ Sci B . 13 (7): 511–524. doi : 10.1631 / jzus.b1200042 . PMC 3390709 . PMID 22761243 .
- ^ "Mayor inteligencia a través de la ingeniería genética" . 2007-05-29 . Consultado el 30 de mayo de 2015 .
- ^ Guan, Chunmei; Ye, Chao; Yang, Xiaomei; Gao, Jiangang (2010). "Una revisión de los esfuerzos actuales de eliminación de ratones a gran escala". Génesis . 48 (2): 73–85. doi : 10.1002 / dvg.20594 . PMID 20095055 . S2CID 34470273 .
- ^ Gondo, Y (2008). "Tendencias en mutagénesis de ratón a gran escala: de la genética a la genómica funcional" . Nat. Rev. Genet . 9 (10): 803–810. doi : 10.1038 / nrg2431 . PMID 18781157 . Consultado el 5 de noviembre de 2015 .
8. Austin, CP, Battey, JF, Bradley, A., Bucan, M., Capecchi, M., Collins, FS, Dove, WF, Duyk, G., Dymecki, S., Eppig, JT, Grieder, FB , Heintz, N., Hicks, G., Insel, TR, Joyner, A., Koller, BH, Lloyd, KC, Magnuson, T., Moore, MW, Nagy, A.,… Zambrowicz, B. (2004) . El proyecto del ratón knockout. Nature genetics, 36 (9), 921–924. https://doi.org/10.1038/ng0904-921
9. Hoja informativa sobre ratones knockout. (Dakota del Norte). Obtenido de https://www.genome.gov/about-genomics/fact-sheets/Knockout-Mice-Fact-Sheet
10. Lloyd KC (2011). Un recurso de ratón extraordinario para la comunidad de investigación biomédica. Annals of the New York Academy of Sciences, 1245, 24-26. https://doi.org/10.1111/j.1749-6632.2011.06311.x
11. El Dr. Oliver Smithies, ganador del Premio Nobel, pronunciará una conferencia patrocinada por Earl H. Morris el 10 de julio (sin fecha). Obtenido de https://medicine.wright.edu/about/article/2009/smithieslecture
12. NIH. (Dakota del Norte). Por qué es importante el ratón. Obtenido de https://www.genome.gov/10001345/importance-of-mouse-genome