Investigadores modifican CRISPR para reorganizar el genoma

Investigadores modifican CRISPR para reorganizar el genoma
15 de octubre de 2018 PIXABAY/TYPOGRAPHYIMAGES - ARCHIVO

MADRID, 15 Oct. (EUROPA PRESS) -

Investigadores de la Universidad de Stanford, en Palo Alto, California, Estados Unidos, han reelaborado la tecnología de edición genética CRISPR-Cas9 para manipular el genoma en el espacio tridimensional, lo que les permite transportar fragmentos genéticos a diferentes ubicaciones en el núcleo de una célula.

La nueva técnica, denominada organización CRISPR-genoma o simplemente CRISPR-GO, utiliza una proteína CRISPR modificada para reorganizar el genoma en tres dimensiones. Si CRISPR es como tijeras moleculares, CRISPR-GO es como pinzas moleculares, que atrapa fragmentos específicos del genoma y los hunde en nuevas ubicaciones del núcleo.

Pero es más que una simple reubicación física: el desplazamiento de elementos genéticos puede cambiar la forma en que funcionan. Por ello, la investigación arroja nueva luz sobre cómo la organización espacial del genoma en el núcleo gobierna la función de la célula en general.

"La pregunta de por qué la organización espacial en una célula es importante, y no es una sobre la que los científicos estén de acuerdo --apunta Stanley Qi, profesor asistente de Bioingeniería y Biología Química y de Sistemas--. CRISPR-GO podría brindar una oportunidad para responder a esa pregunta al permitirnos identificar, mover y reubicar extensiones muy específicas del ADN y ver cómo sus nuevas ubicaciones en el núcleo cambian la forma en que funcionan".

La mayoría de las células de mamíferos contienen un núcleo que alberga más de 6 pies de ADN, si se estiran en una línea. Este material genético determina el destino de las células y, si está fuera de lugar o dañado, puede conducir a la enfermedad. Estudios anteriores han demostrado que el ADN tiende a agruparse en ciertas áreas del núcleo. Sin embargo, aún no está claro cómo esa colocación afecta a la función del ADN.

En el estudio de prueba de principio, Qi investigó tres subregiones distintas del núcleo utilizando CRISPR-GO, probando una hipótesis general: ¿Se comportan los genes y otros elementos genéticos de manera diferente en distintas zonas del núcleo? Hasta el momento, sus datos muestran que los compartimentos específicos y algunos cuerpos de proteínas que flotan libremente en el núcleo pueden influir en la función del ADN reposicionado.

Dependiendo de la ubicación de los materiales genéticos, algunas regiones nucleares reprimen la expresión génica y algunas aceleran el crecimiento de los telómeros y, posteriormente, la división celular. Un cuerpo de proteínas puede incluso tener el poder de suprimir la formación de tumores. Un artículo que detalla esta investigación se publica en la edición digital de este jueves de 'Cell', con Qi como autor principal y el investigador postdoctoral Haifeng Wang, como líder del estudio.

Desmitificar los detalles físicos del genoma ha resultado ser una tarea tediosa, pero existen algunas tecnologías existentes que permiten a los científicos observar las células y ver cómo están organizadas físicamente sus entrañas. Lo que ha faltado es una forma de manipular a esta organización, pero con CRISPR-GO, según sus autores, resulta un medio útil para hacerlo.

Al retirar el mecanismo de "corte" de CRISPR-Cas9, la herramienta de edición se convierte más en un sistema de entrega, que Qi usaba para suministrar pequeños tramos de ADN a través de una guía de ARN programable a una nueva ubicación en el núcleo.

Hay tres partes esenciales de CRISPR-GO. Primero, hay lo que Qi llama la "dirección" de la diana genética que desea reubicar: un tramo de ADN que se dirige a una cadena complementaria de ARN de unión. Luego, necesita la dirección del destino, la parte específica del ADN en un compartimento nuclear al que desea mover la cromatina. Finalmente, está el "puente", que, en este caso, es un catalizador que activa la congelación del ADN objetivo en su nuevo hogar en el núcleo.

"A los niños a menudo les gusta construir pequeños ferrocarriles para ayudar a los trenes a ir de una estación a otra --pone como ejemplo Qi--. No es tan diferente de lo que estamos haciendo aquí".

DIFERENTE SALA, DISTINTA FUNCIÓN

Qi describe las funcionalidades de los compartimentos nucleares como los espacios de una casa. En cada habitación de tu hogar, haces cosas diferentes: en la cocina, cocinas; en el dormitorio, duermes. En el núcleo de una célula, se aplica el mismo concepto. Hay múltiples compartimentos en el núcleo que tienen funciones específicas para mantener la funcionalidad celular en general. Qi y su laboratorio investigaron tres áreas distintas del núcleo, probando si podrían cambiar de alguna manera la función de la cromatina dependiendo de dónde la movieron.

Al utilizar CRISPR-GO, los investigadores observaron que los genes reubicados en una parte del núcleo llamado cuerpo de Cajal, una masa amorfa y algo misteriosa de proteínas y ARN, dejaron de expresar proteínas.

"Estábamos súper emocionados de ver esto; es la primera vez que los investigadores tienen pruebas para demostrar que el cuerpo de Cajal puede tener un efecto directo de regulación génica, en este caso, reprimiendo la expresión génica --afirma Qi--. Sugiere que el cuerpo de Cajal tiene un papel inesperado en el control de la transcripción". Eso podría ser grande, ya que la transcripción es un proceso importante que sintetiza el "código" para la producción de proteínas.

Cuando Qi usó CRISPR-GO para mover el ADN de los telómeros --los casquetes moleculares de los cromosomas que están asociados con la longevidad-- desde el centro hasta el borde del núcleo, los telómeros dejaron de crecer, lo que detuvo el ciclo celular y redujo la viabilidad celular. Sin embargo, sucedió lo contrario cuando los telómeros se acercaron al cuerpo de Cajal: crecieron y, al hacerlo, aumentaron la viabilidad celular.

La tercera aplicación utilizó CRISPR-GO para formar un cuerpo de leucemia promielocítica. Se sabe que este glóbulo de proteínas suprime los genes pro-tumorales. Al ubicarlo junto a los genes que causan cáncer en el núcleo, Qi planea probar si puede ayudar a frenar la formación de tumores. "Otra ventaja única de CRISPR-GO es que podemos rastrear las interacciones entre el ADN de la cromatina y los compartimentos nucleares en tiempo real con un microscopio", dice Wang.

Aunque la evidencia mostrada por CRISPR-GO es emocionante, la investigación aún se encuentra en una etapa piloto, y hay mucho trabajo por hacer antes de que se puedan confirmar los hallazgos, según Qi. "Estamos muy emocionados sobre el potencial aquí y, aunque hemos respondido a un par de preguntas, hemos abierto unas 20 más", afirma Qi, para quien será aún más importante descifrar por qué estos efectos basados ??en la ubicación tienen lugar en compartimentos nucleares específicos, y cuál es la causa subyacente. Qi espera que un día esta línea de investigación afectará a la salud humana.