La información sobre el desarrollo y función de nuestros cuerpos a través de la vida se lleva en el ADN. Nuestros genes se ubican en los cromosomas, los cuales se presentan en pares, uno heredado del padre y el otro de la madre. El intercambio de secuencias de ADN dentro de los pares de cromosomas aumenta la variación genética en la población y ocurre por un proceso llamado recombinación homóloga.
Recombinación Homóloga y Modificación Genética
Este año, el Premio Nobel de Medicina y Fisiología reconoció la labor de los doctores Mario R. Capecchi, Martin J. Evans y Oliver Smithies que basaron sus investigaciones en células madre embrionarias de estos animales. Sus descubrimientos llevaron a la creación de una tecnología inmensamente poderosa denominada gene targeting (recombinación homóloga), proceso por el cual un segmento de ADN puede sustituir a otro que tenga una secuencia similar. Con la técnica gene targeting es posible producir casi cualquier tipo de modificación en el ADN del ratón, permitiendo a los científicos conocer las funciones de aquellos genes que tienen participación en la salud y en las enfermedades.
Por su parte, Capecchi demostró que la recombinación homóloga podría ocurrir entre el ADN introducido y los cromosomas de células mamíferas. Él demostró que los genes defectuosos se podrían reparar por recombinación homóloga a través del nuevo ADN.
Smithies intentó inicialmente reparar secuencias génicas mutadas en células humanas. Pensaba que ciertas enfermedades de la sangre heredadas podrían ser tratadas corrigiendo las mutaciones que las causaban dentro de las células madre de médula. En estas tentativas Smithies descubrió que los genes endógenos podrían ser manejados con independencia de su actividad. Esto sugirió que todos los genes pueden ser modificados por recombinación homóloga.
Células Madre Embrionarias y la Línea Germinal del Ratón
Los tipos celulares estudiados inicialmente por Capecchi y Smithies no se podían utilizar para crear genes dianas en animales. Esto requirió otro tipo de célula, una que podría dar lugar a células germinales. Por otra parte, Martin Evans había trabajado con células de carcinoma embrional (CE de ratón), que aunque provenientes de tumores eran capaces de dar lugar a casi cualquier tipo de células. Tenía la visión para utilizar las células de CE como vehículo para introducir el material genético en la línea germinal de ratón.
Sus tentativas inicialmente fracasaron, porque las células embrionarias llevaban cromosomas anormales y, por lo tanto, no podían contribuir a la formación de la célula germinal. En busca de alternativas, Evans descubrió que los cultivos de células cromosómicamente normales se podrían habilitar directamente de embriones tempranos de ratón. El paso siguiente fue demostrar que las CME podrían contribuir a la línea germinal. Los embriones de un ratón fueron inyectados con CME de otra línea animal. Entonces, estos embriones mosaicos, es decir, integrados por células de ambas líneas, maduraron en las unidades madres sustitutas.
Evans comenzó a modificar genéticamente las CME y para su propósito eligió los retrovirusos, que integra su material genético en los cromosomas. Él demostró transferencia del ADN retroviral de las CME, a través de ratones mosaicos, en la línea germinal de ratón. También había utilizado las CME para generar ratones que llevaban el nuevo material genético.
Recombinación Homóloga en Células Madre Embrionarias: Un Hito
En 1986 se comenzaron a generar las primeras CME por recombinación. Capecchi y Smithies habían demostrado que la función génica se podría modificar por recombinación homóloga en células cultivadas, y Evans había contribuido con el vehículo necesario para la línea germinal de ratón, las CME. Para sus experimentos iniciales, tanto Smithies como Capecchi eligieron un gen (hprt) que era identificado fácilmente. Este gen está implicado en una rara enfermedad humana heredada (el síndrome de Lesch-Nyhan).
Capecchi refinó las estrategias para llegar a los genes y desarrolló un nuevo método (la selección positivo-negativa, ver figura) que podría ser aplicado fácilmente. Los primeros estudios que reportaron que la recombinación homóloga en CME se estaba utilizando para generar ratones modificados se publicaron en 1989. Desde entonces, el número de artículos sobre estos animales knock-out ha crecido exponencialmente. La recombinación homóloga se ha convertido en una tecnología altamente versátil.
Impacto en la Biomedicina
Es así como casi todos los aspectos de la fisiología mamífera pueden ser estudiados por gene targeting. Por lo tanto somos testigos de una explosiva cantidad de actividades de investigación que aplican la tecnología. Este tipo de recombinación ha ayudado a entender la función de centenares de genes en el desarrollo fetal de los mamíferos.
Estos genes knock-out han podido dilucidar las funciones de numerosos genes en el desarrollo embrionario, la fisiología de los adultos, el envejecimiento y ciertas enfermedades. Hasta la fecha, más de 10 mil genes de ratón (aproximadamente la mitad de los genes de los mamíferos) han sido eliminados.
El procedimiento ya ha producido más de 500 diferentes modelos de ratones para muchos trastornos humanos, incluyendo los cardiovasculares y enfermedades neurodegenerativas, la diabetes y el cáncer.
Además, Evans aplicó la técnica para desarrollar modelos de ratón para estudiar enfermedades humanas. Por su parte, Smithies también utilizó la recombinación homóloga para desarrollar los modelos de ratón en enfermedades hereditarias tales como la misma fibrosis y la talasemia. En resumen, la recombinación homóloga en ratones ha impregnado todos los campos de la biomedicina.
TAG: #Trabajo
