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.º muy pequeño, de aproximadamente 6 a 10 megabases (Mb) de tamaño en lugar de los 50 a 250 Mb de 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 las enfermedades.
Los métodos alternativos para crear transgenes , como el uso 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 las inserciones 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 insercionales . [2] Esta estabilidad y precisión hace que los HAC sean preferibles a otros métodos como los vectores virales , los YAC y los BAC. [3] Los HAC permiten la entrega de más ADN (incluidos promotores y 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 de 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 una herramienta para dilucidar la función de los cromosomas humanos y como un método para anotar activamente el genoma humano . [5]
Los HAC se construyeron por primera vez de novo en 1997 añadiendo ADN de satélite alfa al ADN telomérico y genómico en células HT1080 humanas. Esto dio como resultado 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 HAC de novo , este método ha sido abandonado en gran medida.
Actualmente existen dos modelos aceptados para la creación de vectores cromosómicos artificiales humanos. El primero consiste en 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 en relación con la formación de HAC de novo ha sido limitado, ya que muchos fragmentos genómicos grandes no se integrarán con éxito en 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, se han comenzado a superar los desafíos que involucran secuencias centroméricas. [8]
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 era mitóticamente estable y expresaba correctamente la 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. El 21HAC se basa en una copia despojada del cromosoma humano 21, lo 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. El 21HAC también pudo transferirse a células de una variedad de especies (ratones, pollos, humanos). Usando el 21HAC, los investigadores pudieron insertar un gen codificante de la timidina quinasa del virus del herpes simple en células tumorales. Este "gen suicida" es necesario para activar muchos medicamentos antivirales. Estas células tumorales específicas fueron eliminadas con éxito y de forma selectiva por el medicamento antiviral ganciclovir en una población que incluía células sanas. Esta investigación abre una variedad de oportunidades para usar HAC en terapia génica. [10]
En 2011, los investigadores crearon un cromosoma artificial humano truncando el cromosoma 14. Luego, se introdujo material genético mediante el sistema de recombinación Cre-Lox . Este estudio en particular se centró en los cambios en los niveles de expresión al dejar partes del ADN genómico existente. Al dejar las secuencias teloméricas y subteloméricas existentes, los investigadores pudieron amplificar los niveles de expresión de los genes que codifican la producción de eritropoyetina más de 1000 veces. Este trabajo también tiene importantes 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]