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Modelos isogénicos de enfermedades humanas.

Los modelos isogénicos de enfermedades humanas son una familia de células que se seleccionan o diseñan para modelar con precisión la genética de una población de pacientes específica, in vitro . Se les proporciona una "célula normal" genéticamente compatible para proporcionar un sistema isogénico para investigar la biología de enfermedades y nuevos agentes terapéuticos. [1] Pueden usarse para modelar cualquier enfermedad con una base genética. El cáncer es una de esas enfermedades para las que se han utilizado ampliamente modelos isogénicos de enfermedades humanas.

Modelos históricos

Los modelos de enfermedades isogénicas humanas se han comparado con "pacientes en un tubo de ensayo", ya que incorporan las últimas investigaciones sobre enfermedades genéticas humanas y lo hacen sin las dificultades y limitaciones que implica el uso de modelos no humanos. [2]

Históricamente, las células obtenidas de animales, normalmente ratones, se han utilizado para modelar vías relacionadas con el cáncer. Sin embargo, existen limitaciones obvias inherentes al uso de animales para modelar enfermedades genéticamente determinadas en humanos. A pesar de una gran proporción de conservación genética entre humanos y ratones, existen diferencias significativas entre la biología de ratones y humanos que son importantes para la investigación del cáncer. Por ejemplo, diferencias importantes en la regulación de los telómeros permiten a las células murinas evitar el requisito de regulación positiva de la telomerasa , que es un paso limitante en la formación de cáncer humano. Como otro ejemplo, ciertas interacciones ligando-receptor son incompatibles entre ratones y humanos. Además, los experimentos han demostrado diferencias importantes y significativas en la capacidad de transformar células, en comparación con las células de origen murino. Por estas razones, sigue siendo esencial desarrollar modelos de cáncer que empleen células humanas. [3]

Vectores de orientación

Las líneas celulares isogénicas se crean mediante un proceso llamado orientación de genes homólogos. Los vectores dirigidos que utilizan recombinación homóloga son las herramientas o técnicas que se utilizan para activar o desactivar la mutación causante de la enfermedad o SNP ( polimorfismo de un solo nucleótido ) que se desea estudiar. Aunque las mutaciones de la enfermedad se pueden recolectar directamente de pacientes con cáncer, estas células generalmente contienen muchas mutaciones de fondo además de la mutación específica de interés, y generalmente no se obtiene una línea celular normal compatible. Posteriormente, se utilizan vectores de direccionamiento para activar o desactivar mutaciones genéticas que permitan un cambio en ambas direcciones; de un genotipo normal a uno canceroso; o viceversa; en líneas celulares de cáncer humano caracterizadas como HCT116 o Nalm6. [4]

Existen varias tecnologías de selección de genes que se utilizan para diseñar la mutación deseada, las más frecuentes se describen brevemente, incluidas las ventajas y limitaciones clave, en la tabla resumen a continuación.

Recombinación homóloga en modelos de enfermedades de células cancerosas.

La recombinación homóloga (HR) es un tipo de recombinación genética en la que se intercambian secuencias genéticas entre dos segmentos similares de ADN. La HR desempeña un papel importante en la división de las células eucariotas, promoviendo la diversidad genética a través del intercambio entre segmentos correspondientes de ADN para crear combinaciones de genes nuevas y potencialmente beneficiosas. [ cita necesaria ]

HR desempeña un segundo papel vital en la reparación del ADN, permitiendo la reparación de roturas de doble cadena en el ADN, lo cual ocurre comúnmente durante el ciclo de vida de una célula. Es este proceso el que se desencadena artificialmente mediante las tecnologías mencionadas y se inicia para generar "knock-ins" o "knockouts" en genes específicos 5, 7.

Se descubrió un avance clave reciente utilizando vectores de recombinación homólogos de AAV, que aumentan las bajas tasas naturales de HR en células humanas diferenciadas cuando se combinan con secuencias de vectores dirigidos a genes. [ cita necesaria ]

Comercialización

Los factores que conducen a la reciente comercialización de modelos isogénicos de enfermedades de células cancerosas humanas para la industria farmacéutica y los laboratorios de investigación son dos. [ cita necesaria ]

En primer lugar, el patentamiento exitoso de la tecnología de vectores de orientación mejorada ha proporcionado una base para la comercialización de los modelos celulares que resultan de la aplicación de estas tecnologías. [ cita necesaria ]

En segundo lugar, la tendencia a tasas de éxito relativamente bajas en I+D farmacéutica y los enormes costos han creado una necesidad real de nuevas herramientas de investigación que ilícitan cómo los subgrupos de pacientes responderán positivamente o se resistirán a las terapias dirigidas contra el cáncer en función de su perfil genético individual. [ cita necesaria ]

Ver también

Referencias

  1. ^ Torrance CJ, Agrawal V, Vogelstein B, Kinzler KW (octubre de 2001). "Uso de células cancerosas humanas isogénicas para la detección de alto rendimiento y el descubrimiento de fármacos". Nat. Biotecnología . 19 (10): 940–5. doi :10.1038/nbt1001-940. PMID  11581659. S2CID  21633547.
  2. ^ Gupta, Piyush B.; Kuperwasser, Charlotte (2004). "Modelos de enfermedad del cáncer de mama". Descubrimiento de fármacos hoy . 1 : 9–16. doi :10.1016/j.ddmod.2004.05.001.
  3. ^ Hirata R, Chamberlain J, Dong R, Russell DW (julio de 2002). "Inserción dirigida de transgenes en cromosomas humanos mediante vectores de virus adenoasociados". Nat. Biotecnología . 20 (7): 735–8. doi :10.1038/nbt0702-735. PMID  12089561. S2CID  11572520.
  4. ^ Maestros JR (diciembre de 2000). "Líneas celulares de cáncer humano: realidad y fantasía". Nat. Rev. Mol. Biol celular . 1 (3): 233–6. doi :10.1038/35043102. PMID  11252900. S2CID  21839266.
  5. ^ Engelhardt JF (agosto de 2006). "AAV da en el blanco genómico". Nat. Biotecnología . 24 (8): 949–50. doi :10.1038/nbt0806-949. PMID  16900138. S2CID  26734696.
  6. ^ ab Urnov, Fyodor D.; Barra de refuerzo, Edward J.; Holmes, Michael C.; Zhang, H. Steve; Gregorio, Philip D. (2010). "Edición del genoma con nucleasas de dedos de zinc diseñadas". Naturaleza Reseñas Genética . 11 (9): 636–646. doi :10.1038/nrg2842. PMID  20717154. S2CID  205484701.
  7. ^ Radecke S, Radecke F, Cathomen T, Schwarz K (abril de 2010). "Reparación de genes inducida por nucleasa de dedos de zinc con oligodesoxinucleótidos: modificaciones del locus objetivo deseadas y no deseadas". Mol. El r . 18 (4): 743–53. doi :10.1038/mt.2009.304. PMC 2862519 . PMID  20068556. 

Fuentes