Un cromosoma artificial humano ( HAC ) es un microcromosoma que puede actuar como un nuevo cromosoma en una población de células humanas . Es decir, en lugar de 46 cromosomas, la célula podría tener 47, siendo el 47 muy pequeño, aproximadamente de 6 a 10 megabases (Mb) de tamaño en lugar de 50 a 250 Mb para los cromosomas naturales, y capaz de transportar nuevos genes introducidos por investigadores humanos. . Idealmente, los investigadores podrían integrar diferentes genes que realizan una variedad de funciones, incluida la defensa contra enfermedades .
Los métodos alternativos para crear transgenes , como la utilización de cromosomas artificiales de levadura y cromosomas artificiales bacterianos , conducen a problemas impredecibles. El material genético introducido por estos vectores no solo conduce a diferentes niveles de expresión, sino que los insertos también alteran el genoma original. [1] Los HAC difieren en este sentido, ya que son cromosomas completamente separados. Esta separación del material genético existente supone que no surgirían mutantes de inserción . [2] Esta estabilidad y precisión hace que los HAC sean preferibles a otros métodos como los vectores virales , YAC y BAC. [3]Los HAC permiten la entrega de más ADN (incluidos los promotores y la variación del número de copias ) de lo que es posible con los vectores virales. [4]
Los cromosomas artificiales de levadura y los cromosomas artificiales bacterianos se crearon antes que los cromosomas artificiales humanos, que se desarrollaron por primera vez en 1997 . Los HAC son útiles en estudios de expresión como vectores de transferencia de genes , como herramienta para dilucidar la función del cromosoma humano y como método para anotar activamente el genoma humano . [5]
Historia
Los HAC se construyeron por primera vez de novo en 1997 mediante la adición de ADN satélite alfa al ADN telomérico y genómico en células HT1080 humanas. Esto resultó en un microcromosoma completamente nuevo que contenía ADN de interés, así como elementos que le permitían ser estructural y mitóticamente estable, como secuencias teloméricas y centroméricas. [6] Debido a la dificultad de la formación de novo HAC, este método se ha abandonado en gran medida.
Métodos de construcción
Actualmente existen dos modelos aceptados para la creación de vectores cromosómicos artificiales humanos. El primero es crear un pequeño minicromosoma alterando un cromosoma humano natural. Esto se logra truncando el cromosoma natural, seguido de la introducción de material genético único a través del sistema de recombinación Cre-Lox . El segundo método implica la creación literal de un nuevo cromosoma de novo . [7] El progreso con respecto a la formación de HAC de novo ha sido limitado, ya que muchos fragmentos genómicos grandes no se integrarán con éxito en los vectores de novo . [5] Otro factor que limita la formación de vectores de novo es el conocimiento limitado de qué elementos se requieren para la construcción, específicamente secuencias centroméricas . [2] Sin embargo, los desafíos que involucran secuencias centroméricas han comenzado a superarse. [8]
Aplicaciones
Un estudio de 2009 ha demostrado beneficios adicionales de los HAC, a saber, su capacidad para contener de forma estable fragmentos genómicos extremadamente grandes. Los investigadores incorporaron el gen de la distrofina de 2,4 Mb, en el que una mutación es un elemento causal clave de la distrofia muscular de Duchenne . El HAC resultante fue mitóticamente estable y expresó correctamente distrofina en ratones quiméricos. Los intentos anteriores de expresar correctamente la distrofina han fracasado. Debido a su gran tamaño, nunca antes se había integrado con éxito en un vector. [9]
En 2010, se informó sobre un cromosoma artificial humano refinado llamado 21HAC. 21HAC se basa en una copia despojada del cromosoma 21 humano, que produce un cromosoma de 5 Mb de longitud. El truncamiento del cromosoma 21 dio como resultado un cromosoma artificial humano que era mitóticamente estable. 21HAC también pudo ser transferido a células de una variedad de especies (ratones, pollos, humanos). Usando 21HAC, los investigadores pudieron insertar un gen que codifica la timidina quinasa del virus del herpes simple en las células tumorales. Este "gen suicida" es necesario para activar muchos medicamentos antivirales. Estas células tumorales diana fueron eliminadas con éxito y de forma selectiva por el fármaco antivírico ganciclovir en una población que incluía células sanas. Esta investigación abre una variedad de oportunidades para el uso de HAC en terapia génica. [10]
En 2011, los investigadores formaron un cromosoma artificial humano truncando el cromosoma 14. A continuación, se introdujo material genético utilizando el sistema de recombinación Cre-Lox . Este estudio en particular se centró en los cambios en los niveles de expresión al dejar porciones del ADN genómico existente. Al dejar las secuencias teloméricas y subteloméricas existentes, los investigadores pudieron amplificar los niveles de expresión de genes que codifican la producción de eritropoyetina en más de 1000 veces. Este trabajo también tiene grandes implicaciones en la terapia génica, ya que la eritropoyetina controla la formación de glóbulos rojos. [11]
Los HAC se han utilizado para crear animales transgénicos para su uso como modelos animales de enfermedades humanas y para la producción de productos terapéuticos. [4]
Ver también
Referencias
- ^ Katoh M, Ayabe F, Norikane S, Okada T, Masumoto H, Horike S, Shirayoshi Y, Oshimura M (agosto de 2004). "Construcción de un vector cromosómico artificial humano novedoso para la entrega de genes". Comunicaciones de investigación bioquímica y biofísica . 321 (2): 280–90. doi : 10.1016 / j.bbrc.2004.06.145 . PMID 15358173 .
- ^ a b Grimes BR, Rhoades AA, Willard HF (junio de 2002). "La composición del vector y el ADN del satélite alfa influyen en las tasas de formación de cromosomas artificiales humanos" . Terapia molecular . 5 (6): 798–805. doi : 10.1006 / mthe.2002.0612 . PMID 12027565 .
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