Descubrir interruptores genéticos ocultos
"La técnica puede utilizarse para estudiar las vastas e inexploradas partes de nuestro ADN que influyen en la salud y la enfermedad a través de múltiples sistemas de órganos"
Investigadores dirigidos por Dubravka Vučićević en el Centro Max Delbrück han desarrollado un nuevo método para descubrir cómo el ADN controla los genes. Su técnica, publicada en "Cell Genomics", puede revelar los "interruptores" genéticos que regulan genes importantes con mayor rapidez que los métodos existentes.
La mayor parte del genoma humano no codifica proteínas. En su lugar, gran parte consiste en regiones reguladoras. Al igual que los interruptores que encienden y apagan las luces, estas regiones de nucleótidos -denominadas potenciadores transcripcionales- determinan dónde y cuándo está activo un gen, y controlan en gran medida la cantidad de la proteína correspondiente que produce una célula. Los defectos en el código genético de estos elementos reguladores pueden causar defectos de desarrollo y enfermedades. Pero, en comparación con las regiones codificadoras de proteínas, son difíciles de identificar porque a menudo se encuentran lejos de los genes que regulan y carecen de un código genético bien definido.
Científicos del Centro Max Delbrück dirigidos por la Dra. Dubravka Vučićević en el laboratorio de Genómica Computacional y Reguladora del profesor Uwe Ohler han creado una nueva y potente herramienta para descubrir estas regiones que controlan nuestros genes. Denominada TargEted SingLe-cell Activation screen (pantalla de activación de células SingLe)
(TESLA-seq), combina la activación génica basada en CRISPR (CRISPRa) -una técnica de regulación génica que utiliza una forma modificada del sistema CRISPR-Cas9 para potenciar la expresión de genes específicos- y la secuenciación unicelular de ARN dirigida para identificar regiones reguladoras con mayor rapidez y precisión que otros métodos. El estudio se publicó en "Cell Genomics".
"Con este método, podemos probar realmente cómo miles de elementos reguladores candidatos en el genoma son capaces de encender genes - y averiguar exactamente en qué genes influyen", dice Vučićević, autor principal del estudio.
Cartografía de los elementos reguladores
Para mostrar la técnica, el estudio se centró en un gen llamado PHOX2B, esencial para el desarrollo del sistema nervioso. Las mutaciones en el gen se han relacionado con el neuroblastoma, un cáncer del tejido del sistema nervioso que afecta principalmente a los niños.
Vučićević y sus colegas se concentraron en una amplia zona alrededor de PHOX2B. Diseñaron dos o tres ARN guía (ARNg) para que se unieran a secciones del ADN, o trozos, cada uno de 100 pares de bases de longitud. Estos ARNg guiaron al sistema CRISPR hasta los lugares del genoma que debían ser seleccionados. Con un total de 46.722 ARNg, pudieron escanear todo el paisaje genómico alrededor del gen PHOX2B en busca de posibles interruptores génicos.
A continuación, transfirieron cada ARNg a una única célula de neuroblastoma humano. A continuación, el sistema CRISPRa activó cualquier región reguladora que pudiera estar presente en el "trozo". Identificaron más de 600 regiones -denominadas CaRE (elementos CRISPRa sensibles)- que alteraban el crecimiento celular cuando se activaban.
A continuación, el equipo se centró con más detalle en unos 200 CaRE y utilizó la secuenciación de ARN unicelular para leer tanto el ARNg dentro de cada célula como el ARN expresado por los genes cercanos. Esto les permitió vincular cada CaRE a cualquiera de los más de 70 genes de la región PHOX2B, cuya expresión cambiaba en esa célula. También hallaron conexiones directas entre los CaRE y reguladores importantes de SHISA3 y APBB2, implicados en el cáncer y la enfermedad de Alzheimer.
Sorprendentemente, muchos CaREs controlaban genes lejanos, saltándose por completo los genes cercanos, algo que otros métodos suelen pasar por alto. "TESLA-seq no sólo capta lo que ocurre en un tipo de célula, sino que puede revelar posibles conexiones entre genes y regiones reguladoras de distintos sistemas biológicos", afirma Ohler.
Esto es significativo porque muchas enfermedades afectan a más de un tipo de tejido, añade Vučićević. "La técnica puede utilizarse para estudiar las vastas partes inexploradas de nuestro ADN que influyen en la salud y la enfermedad a través de múltiples sistemas de órganos y puede ayudarnos a diseñar terapias más precisas y eficaces."
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