Eliminación condicional de genes

La inactivación génica 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 la función de genes individuales en organismos vivos. Se diferencia de la inactivación génica tradicional porque se dirige a genes específicos en momentos específicos, en lugar de eliminarlos desde el inicio de la vida. El uso de la técnica de inactivación génica condicional elimina muchos de los efectos secundarios de la inactivación génica tradicional . En la inactivación génica tradicional, puede producirse la muerte embrionaria debido a una mutación genética , lo que impide a los científicos estudiar el gen en adultos. Algunos tejidos no pueden estudiarse adecuadamente de forma aislada, por lo que el gen debe estar inactivo en un tejido determinado mientras permanece activo en otros. Con esta tecnología, los científicos pueden inactivar genes en una etapa específica del desarrollo y estudiar cómo la inactivación de un gen en un tejido afecta al mismo gen en otros tejidos. ^{[ 3 ] [ 4 ]}

La técnica más utilizada es el sistema de recombinación Cre-lox . La enzima recombinasa Cre reconoce específicamente dos sitios lox (loci de recombinación) dentro del ADN y provoca la recombinación entre ellos. Durante la recombinación, dos hebras de ADN intercambian información. Esta recombinación causará 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 inactivar 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 ]} Solo unos pocos tipos de células expresan la recombinasa Cre y ninguna célula de mamíferos la expresa, por lo que no hay riesgo de activación accidental de los sitios lox cuando se utiliza la inactivación génica condicional en mamíferos. Descifrar cómo expresar la Cre-recombinasa en un organismo suele ser la parte más difícil de esta técnica. ^{[ 3 ]}

El método de inactivación génica 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 celulares 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 inactivación génica condicional para eliminar el alelo BRCA1 en el tejido de la glándula mamaria de ratones y descubrieron que desempeña un papel importante en la supresión tumoral. ^{[ 3 ]}

Se eliminó un gen específico del cerebro de ratón que se cree está implicado en el inicio de la enfermedad de Alzheimer y que codifica la enzima cinasa dependiente de ciclina 5 (Cdk5). Se descubrió que estos ratones eran más inteligentes que los ratones normales y podían realizar tareas complejas con mayor eficacia en comparación con los ratones normales criados en el laboratorio. ^{[ 5 ]}

La eliminación condicional de genes en ratones se utiliza a menudo para estudiar enfermedades humanas, ya que muchos genes producen fenotipos similares en ambas especies. Durante los últimos 100 años, la genética de ratones de laboratorio se ha utilizado para este fin, dado que los ratones son mamíferos fisiológicamente lo suficientemente similares a los humanos como para generar pruebas cualitativas. Estos dos grupos tienen genes tan similares que, de los 4000 genes estudiados, solo 10 se encontraron en una especie pero no en la otra. Todos los mamíferos compartieron un 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 codificantes de proteínas de sus genomas son idénticas en un 85 % y presentan similitudes entre el 99 % de sus homólogos. Estas similitudes dan como resultado la expresión de fenotipos similares entre ambas 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 convierten en candidatos muy prometedores para la eliminación condicional de genes.[8] El objetivo de KOMP es crear mutaciones de inactivación en las células madre embrionarias para cada uno de los 20.000 genes codificadores de proteínas en ratones. ^{[ 2 ]} Los genes se inactivan 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 inactivación génica condicional: la focalización génica o recombinación homóloga y el atrapamiento génico. Ambos métodos suelen utilizar un vector viral modificado o un fragmento lineal como modo de transporte del ADN artificial a la célula ES objetivo. Las células crecen en una placa de Petri durante varios días y se insertan en embriones en etapa temprana. Finalmente, los embriones se colocan en el útero de la hembra adulta donde se desarrollarán hasta convertirse en descendencia. [9] Algunos alelos en este proyecto no pueden inactivarse utilizando métodos tradicionales y requieren la especificidad de la técnica de inactivación génica condicional. Se necesitan otros métodos combinatorios para inactivar los últimos alelos restantes. La inactivación génica condicional es un procedimiento que consume mucho tiempo y existen proyectos adicionales que se centran en la inactivación de los genes restantes del ratón. ^{[ 6 ]} El colaborador del proyecto KOMP, Oliver Smithies , posiblemente tuvo el mayor impacto científico en esta técnica de manipulación genética. Oliver recibió el Premio Nobel de Medicina por una técnica que permitía identificar funciones en los genes y cómo utilizar el método de "eliminación" para borrar ciertos genes. Lamentablemente, este pionero en la manipulación genética falleció a los 91 años el 10 de enero de 2017.[11] El proyecto KOMP se inició en 2006 y continúa en la actualidad. ^{[ 7 ]}El repositorio KOMP ofrece incentivos a quienes participan en los proyectos para que les envíen comentarios y aquellos que cumplen con criterios específicos pueden recibir un reembolso del 50% del costo de sus células de investigación.[10]

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. (s.f.). Recuperado de https://www.genome.gov/about-genomics/fact-sheets/Knockout-Mice-Fact-Sheet

10. Lloyd KC (2011). Un recurso de ratones knockout 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, impartirá la Conferencia Earl H. Morris el 10 de julio. (s.f.). Recuperado de https://medicine.wright.edu/about/article/2009/smithieslecture

12. NIH. (s.f.). Por qué el ratón es importante. Recuperado de https://www.genome.gov/10001345/importance-of-mouse-genome