La eliminación condicional de genes 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 de la eliminación tradicional de genes porque se dirige a genes específicos en momentos específicos en lugar de eliminarlos desde el principio de la vida. El uso de la técnica de eliminación condicional de genes elimina muchos de los efectos secundarios de la eliminación tradicional de genes . En la eliminación tradicional de genes, puede producirse la muerte embrionaria a causa de una mutación genética , y esto impide a los científicos estudiar 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]
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 cadenas de ADN intercambian información. Esta recombinación provocará una eliminación o inversión de los genes entre los dos sitios lox, dependiendo de su orientación. Se puede eliminar un gen entero para inactivarlo. [1] [3] Todo este sistema es inducible, por lo que se puede añadir 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 de la 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 existe riesgo de activación accidental de los sitios lox cuando se utiliza la inactivación genética condicional en mamíferos. Descubrir cómo expresar la Cre-recombinasa en un organismo tiende a ser la parte más difícil de esta técnica. [3]
El método de eliminación condicional de genes 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 eliminación condicional de genes para eliminar el alelo BRCA1 en el tejido de la glándula mamaria en ratones y descubrieron que desempeña un papel importante en la supresión tumoral. [3]
Se eliminó un gen específico del cerebro de ratones que se cree que está involucrado en la aparición de la enfermedad de Alzheimer y que codifica la enzima quinasa dependiente de ciclina 5 (Cdk5). Se descubrió que esos ratones eran "más inteligentes" que los ratones normales y podían realizar tareas complejas de manera más inteligente en comparación con los ratones "normales" criados en el laboratorio. [5]
Los knockouts genéticos 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 se ha utilizado la genética de ratones de laboratorio para esto porque los ratones son mamíferos que son fisiológicamente lo suficientemente similares a los humanos como para generar pruebas cualitativas. Estos dos tienen genes tan similares que de los 4000 genes estudiados, solo se encontraron 10 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, sus regiones codificadoras de proteínas de los genomas son 85% idénticas 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 el 99% de los homólogos que son similares. Además de producir fenotipos similares, también los convierte en candidatos muy prometedores para los knockouts genéticos condicionales. [8] El objetivo de KOMP es crear mutaciones knockout en las células madre embrionarias para cada uno de los 20.000 genes codificadores de proteínas en ratones. [2] Los genes se eliminan porque es la mejor manera de estudiar su función y aprender más sobre su papel en las enfermedades humanas. Hay dos estrategias principales para la eliminación condicional de genes: la selección de genes o la recombinación homóloga y el atrapamiento de genes. Ambos métodos suelen tener un vector viral modificado o un fragmento lineal como modo de transporte del ADN artificial a la célula madre embrionaria objetivo. 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 pueden crecer hasta convertirse en su descendencia. [9] Algunos alelos en este proyecto no se pueden eliminar con 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 , probablemente haya sido el que más impacto científico ha tenido en esta búsqueda de genes. Oliver recibió el premio Nobel de medicina por una técnica que permite identificar funciones en los genes y por cómo utilizar el método de "knockout" para eliminar ciertos genes. Desafortunadamente, el pionero en la búsqueda de genes murió a la edad de 91 años el 10 de enero de 2017.[11] El proyecto KOMP se inició en 2006 y todavía sigue en marcha. [7] El repositorio KOMP ofrece incentivos a quienes participan en los proyectos para que les envíen sus comentarios y a quienes cumplen con criterios específicos se les puede reembolsar el 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 knock-out. Nature Genetics, 36(9), 921–924. https://doi.org/10.1038/ng0904-921
9. Hoja informativa sobre ratones knockout. (sin fecha). Recuperado de https://www.genome.gov/about-genomics/fact-sheets/Knockout-Mice-Fact-Sheet
10. Lloyd KC (2011). Un recurso sobre ratones knockout para la comunidad de investigación biomédica. Anales de la Academia de Ciencias de Nueva York, 1245, 24–26. https://doi.org/10.1111/j.1749-6632.2011.06311.x
11. El Dr. Oliver Smithies, ganador del Premio Nobel, pronunciará la conferencia Earl H. Morris Endowment el 10 de julio (sin fecha). Recuperado de https://medicine.wright.edu/about/article/2009/smithieslecture
12. NIH. (sin fecha). Por qué es importante el ratón. Recuperado de https://www.genome.gov/10001345/importance-of-mouse-genome