La eliminación de genes es una técnica experimental mediante la cual se reduce la expresión de uno o más genes de un organismo . La reducción puede ocurrir mediante modificación genética o mediante tratamiento con un reactivo como un oligonucleótido corto de ADN o ARN que tiene una secuencia complementaria a cualquiera de los genes o una transcripción de ARNm. [1]
Si el ADN de un organismo se modifica genéticamente, el organismo resultante se denomina "organismo derribado". Si el cambio en la expresión genética es causado por la unión de un oligonucleótido a un ARNm o por la unión temporal a un gen , esto conduce a un cambio temporal en la expresión genética que no modifica el ADN cromosómico, y el resultado se conoce como una "eliminación transitoria". ". [1]
En una caída transitoria, la unión de este oligonucleótido al gen activo o sus transcripciones provoca una disminución de la expresión a través de una variedad de procesos. La unión puede ocurrir mediante el bloqueo de la transcripción (en el caso de la unión de genes), la degradación de la transcripción del ARNm (por ejemplo, mediante un pequeño ARN de interferencia ( ARNip )) o antisentido dependiente de la ARNasa -H, o mediante el bloqueo de cualquiera de las traducciones del ARNm . , sitios de empalme de ARN pre-m o sitios de escisión de nucleasa utilizados para la maduración de otros ARN funcionales, incluido miARN (por ejemplo, mediante morfolino- oligos u otros antisentido independientes de ARNasa-H). [1] [2]
El uso más directo de las caídas transitorias es para aprender sobre un gen que ha sido secuenciado , pero que tiene una función desconocida o no completamente conocida. Este enfoque experimental se conoce como genética inversa . Los investigadores hacen inferencias a partir de cómo la caída difiere de los individuos en los que el gen de interés está operativo. Las caídas transitorias se utilizan a menudo en biología del desarrollo porque los oligos se pueden inyectar en cigotos unicelulares y estarán presentes en las células hijas de la célula inyectada durante el desarrollo embrionario . [3] El término destrucción genética apareció por primera vez en la literatura en 1994 [4]
La interferencia de ARN (ARNi) es un medio para silenciar genes mediante la degradación del ARNm. [5] La eliminación de genes mediante este método se logra mediante la introducción de pequeños ARN de interferencia de doble cadena (ARNip) en el citoplasma. Los pequeños ARN de interferencia pueden originarse desde el interior de la célula o pueden introducirse de forma exógena en la célula. Una vez introducidos en la célula, los ARNip exógenos son procesados por el complejo silenciador inducido por ARN ( RISC ). [6] El ARNip es complementario al ARNm objetivo que se va a silenciar y el RISC utiliza el ARNip como plantilla para localizar el ARNm objetivo. Una vez que el RISC se localiza en el ARNm objetivo, una ribonucleasa escinde el ARN.
El ARNi se utiliza ampliamente como técnica de laboratorio para el análisis funcional genético. [7] El ARNi en organismos como C. elegans y Drosophila melanogaster proporciona un medio rápido y económico para investigar la función genética. En la investigación de C. elegans , la disponibilidad de herramientas como la Biblioteca Ahringer RNAi brinda a los laboratorios una forma de probar muchos genes en una variedad de entornos experimentales. Los conocimientos obtenidos del uso experimental de ARNi pueden ser útiles para identificar posibles objetivos terapéuticos, el desarrollo de fármacos u otras aplicaciones. [8] La interferencia de ARN es una herramienta de investigación muy útil, que permite a los investigadores realizar grandes análisis genéticos en un esfuerzo por identificar objetivos para futuras investigaciones relacionadas con una vía, fármaco o fenotipo en particular. [9] [10]
Un medio diferente de silenciar el ADN exógeno que se ha descubierto en procariotas es un mecanismo que involucra loci llamados 'repeticiones palindrómicas cortas agrupadas regularmente interespaciadas', o CRISPR . [11] Los genes asociados a CRISPR (cas) codifican la maquinaria celular que corta el ADN exógeno en pequeños fragmentos y los inserta en un locus de repetición CRISPR. Cuando la célula expresa esta región CRISPR del ADN, los pequeños ARN producidos a partir de los insertos de ADN exógeno sirven como secuencia plantilla que otras proteínas Cas utilizan para silenciar esta misma secuencia exógena. Las transcripciones de las secuencias exógenas cortas se utilizan como guía para silenciar este ADN extraño cuando está presente en la célula. Esto sirve como una especie de inmunidad adquirida y este proceso es como un mecanismo de interferencia del ARN procariótico. Las repeticiones CRISPR se conservan en muchas especies y se ha demostrado que se pueden utilizar en células humanas, [12] bacterias, [13] C. elegans , [14] pez cebra , [15] y otros organismos para una manipulación eficaz del genoma. El uso de CRISPR como herramienta de investigación versátil puede ilustrarse [16] mediante muchos estudios que lo utilizan para generar organismos con alteraciones genómicas.
Otra tecnología posible gracias a la manipulación del genoma procariótico es el uso de nucleasas efectoras similares a activadores de la transcripción ( TALEN ) para atacar genes específicos. [17] Las TALEN son nucleasas que tienen dos componentes funcionales importantes: un dominio de unión al ADN y un dominio de escisión del ADN. El dominio de unión al ADN es una secuencia efectora similar a un activador de la transcripción específica de secuencia, mientras que el dominio de escisión del ADN se origina a partir de una endonucleasa bacteriana y no es específico. Los TALEN pueden diseñarse para escindir una secuencia especificada por la secuencia de la porción efectora similar a un activador de la transcripción de la construcción. Una vez diseñado, un TALEN se introduce en una célula como plásmido o ARNm. El TALEN se expresa, se localiza en su secuencia objetivo y escinde un sitio específico. Después de la escisión de la secuencia de ADN objetivo por parte de TALEN, la célula utiliza la unión de extremos no homólogos como mecanismo de reparación del ADN para corregir la escisión. El intento de la célula de reparar la secuencia escindida puede hacer que la proteína codificada deje de funcionar, ya que este mecanismo de reparación introduce errores de inserción o eliminación en el sitio reparado.
Hasta ahora, los organismos knockdown con alteraciones permanentes en su ADN se han diseñado principalmente con fines de investigación. También conocidos simplemente como knockdowns , estos organismos se utilizan más comúnmente para genética inversa, especialmente en especies como ratones o ratas a las que no se pueden aplicar fácilmente tecnologías de knockdown transitorio. [3] [18]
Hay varias empresas que ofrecen servicios comerciales relacionados con tratamientos de eliminación de genes.