ratón genéticamente modificado

Un ratón genéticamente modificado , modelo de ratón genéticamente modificado ( GEMM ) ^{[ 1 ]} o ratón transgénico es un ratón ( Mus musculus ) cuyo genoma ha sido alterado mediante técnicas de ingeniería genética . Los ratones genéticamente modificados se utilizan comúnmente para la investigación o como modelos animales de enfermedades humanas, y también para la investigación de genes. Junto con los xenoinjertos derivados de pacientes (PDX), los GEMM son los modelos in vivo más comunes en la investigación del cáncer . Ambos enfoques se consideran complementarios y pueden utilizarse para reproducir diferentes aspectos de la enfermedad. ^{[ 2 ]} Los GEMM también son de gran interés para el desarrollo de fármacos , ya que facilitan la validación de dianas y el estudio de la respuesta, la resistencia, la toxicidad y la farmacodinámica . ^{[ 3 ]}

En 1974, Beatrice Mintz y Rudolf Jaenisch crearon el primer animal modificado genéticamente al insertar un virus de ADN en un embrión de ratón en etapa temprana y demostrar que los genes insertados estaban presentes en cada célula. ^{[ 4 ]} Sin embargo, los ratones no transmitieron el transgén a su descendencia, y el impacto y la aplicabilidad de este experimento fueron, por lo tanto, limitados. En 1981, los laboratorios de Frank Ruddle ^{[ 5 ]} de la Universidad de Yale , Frank Costantini y Elizabeth Lacy de Oxford , y Ralph L. Brinster y Richard Palmiter en colaboración de la Universidad de Pensilvania y la Universidad de Washington inyectaron ADN purificado en un embrión de ratón de una sola célula utilizando técnicas desarrolladas por Brinster en las décadas de 1960 y 1970, demostrando por primera vez la transmisión del material genético a las generaciones posteriores. ^{[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]} Durante la década de 1980, Palmiter y Brinster desarrollaron y lideraron el campo de la transgénesis, refinando los métodos de modificación de la línea germinal y utilizando estas técnicas para dilucidar la actividad y función de los genes de una manera que no era posible antes de su enfoque único. ^{[ 9 ]}

Existen dos enfoques técnicos básicos para producir ratones genéticamente modificados. El primero implica la inyección pronuclear , una técnica desarrollada y perfeccionada por Ralph L. Brinster en las décadas de 1960 y 1970, en una sola célula del embrión de ratón, donde se integrará aleatoriamente en el genoma del ratón. ^{[ 10 ]} Este método crea un ratón transgénico y se utiliza para insertar nueva información genética en el genoma del ratón o para sobreexpresar genes endógenos . El segundo enfoque, desarrollado por Oliver Smithies y Mario Capecchi , implica la modificación de células madre embrionarias con una construcción de ADN que contiene secuencias de ADN homólogas al gen objetivo. Se seleccionan las células madre embrionarias que se recombinan con el ADN genómico y luego se inyectan en los blastocistos de los ratones o se utilizan en el ensayo de complementación tetraploide , un enfoque que elimina por completo la necesidad de microinyección. ^{[ 11 ] [ 12 ]} Este método se utiliza para manipular un solo gen, en la mayoría de los casos "eliminando" el gen objetivo, aunque puede ocurrir una manipulación genética cada vez más sutil y compleja (por ejemplo, la humanización de una proteína específica o el cambio de nucleótidos individuales ). También se puede crear un ratón humanizado mediante la adición directa de genes humanos, creando así una forma murina de híbrido humano-animal . Por ejemplo, los ratones genéticamente modificados pueden nacer con genes de antígeno leucocitario humano para proporcionar un entorno más realista al introducir glóbulos blancos humanos en ellos para estudiar las respuestas del sistema inmunitario . ^{[ 13 ]} Una de estas aplicaciones es la identificación de péptidos del virus de la hepatitis C (VHC) que se unen al HLA y que pueden ser reconocidos por el sistema inmunitario humano, por lo que podrían ser objetivos para futuras vacunas contra el VHC. ^{[ 14 ]}

Los ratones genéticamente modificados se utilizan ampliamente en la investigación como modelos de enfermedades humanas. ^{[ 15 ]} Los ratones son un modelo útil para la manipulación genética y la investigación, ya que sus tejidos y órganos son similares a los de un humano, y portan prácticamente todos los mismos genes que operan en los humanos. ^{[ 16 ]} También tienen ventajas sobre otros mamíferos en lo que respecta a la investigación, ya que están disponibles en cientos de cepas genéticamente homogéneas. ^{[ 16 ]} Además, debido a su tamaño, se pueden mantener y alojar en grandes cantidades, lo que reduce el costo de la investigación y los experimentos. ^{[ 16 ]} Los ratones transgénicos se encuentran en dos modelos principales de pérdida o ganancia de función. El tipo más común son los ratones de pérdida de función o el ratón knockout , donde la actividad de un solo gen (o en algunos casos múltiples) se elimina o silencia. Los ratones de ganancia de función, por otro lado, sobreexpresan un gen específico. ^{[ 17 ]} Se han utilizado para estudiar y modelar la obesidad, las enfermedades cardíacas, la diabetes, la artritis, el abuso de sustancias, la ansiedad, el envejecimiento, la temperatura, la recepción del dolor y la enfermedad de Parkinson . ^{[ 18 ] [ 19 ]} Los ratones genéticamente modificados se pueden dividir además en modelos de ratones constitutivos, en los que el gen objetivo se activa o inactiva permanentemente en todas las células del animal, o modelos de ratones condicionales, en los que el gen knockout o sobreexpresado puede regularse de manera espaciotemporal, lo que permite dirigir la acción a un tipo o subconjunto específico de células en el animal desde un momento específico de su vida. ^{[ 17 ]}

Los ratones transgénicos generados para portar oncogenes clonados y los ratones knockout que carecen de genes supresores de tumores han proporcionado buenos modelos para el cáncer humano . ^{[ 20 ] [ 21 ]} Se han desarrollado cientos de estos oncocitos que cubren una amplia gama de cánceres que afectan a la mayoría de los órganos del cuerpo, y se están perfeccionando para que sean más representativos del cáncer humano. ^{[ 9 ]} Los síntomas de la enfermedad y los posibles fármacos o tratamientos pueden probarse en estos modelos de ratón.

Un ratón ha sido modificado genéticamente para tener mayor crecimiento y fuerza muscular mediante la sobreexpresión del factor de crecimiento similar a la insulina I (IGF-I) en fibras musculares diferenciadas . ^{[ 22 ] [ 23 ]} Otro ratón ha sido modificado genéticamente para participar en el metabolismo de la glucosa y corre más rápido, vive más tiempo, es más sexualmente activo y come más sin engordar más que el ratón promedio (ver Superratones metabólicos ). ^{[ 24 ] [ 25 ]} A otro ratón se le bloqueó o eliminó el receptor TRPM8 en un estudio con capsaicina y mentol . ^{[ 19 ]} Con el receptor TRPM8 eliminado, el ratón no pudo detectar pequeños cambios de temperatura ni el dolor asociado. ^{[ 19 ]}

Se debe tener mucho cuidado al decidir cómo usar ratones genéticamente modificados en la investigación. ^{[ 26 ]} Incluso cuestiones básicas como elegir el ratón de control "de tipo salvaje" correcto para usar en la comparación a veces se pasan por alto. ^{[ 27 ]}

Los ratones genéticamente modificados son herramientas esenciales en la investigación biomédica y farmacológica, ya que permiten la validación de genes específicos. Estos modelos facilitan el descubrimiento de nuevas dianas terapéuticas y ayudan a predecir mejor las respuestas al tratamiento, reduciendo así el riesgo de fracaso en los ensayos clínicos. Sin embargo, presentan limitaciones importantes: estos ratones no siempre reproducen fielmente la complejidad de las patologías humanas, los resultados obtenidos en ratones no siempre se extrapolan directamente a los humanos y las diferencias biológicas entre especies pueden complicar la interpretación de los datos. ^{[ 28 ]}

• Ratón humanizado
• CRISPR-Cas9
• modelos animales
• Cre-Lox
• Edición genética
• Ensayo de complementación tetraploide

• Informática del genoma del ratón (informatics.jax.org)
• Unidad de Genética de Mamíferos de Harwell: Modelos de ratón para enfermedades humanas