Los biólogos de la Universidad de Tufts han descubierto el mecanismo bioeléctrico por el cual el raro trastorno genético síndrome de Andersen-Tawil ATS causa anormalidades faciales, un hallazgo que podría conducir a medidas preventivas y tratamientos para una serie de trastornos, desde defectos de nacimiento hasta cáncer.descubrimiento aparece el 11 de febrero de 2016 en el Revista de Fisiología publicado en línea antes de la impresión.
El autor principal, Dany Spencer Adams, Ph.D., profesor asociado de investigación en el Departamento de Biología en la Escuela de Artes y Ciencias de Tufts, y sus colegas en Tufts, el Instituto de Tecnología de Massachusetts y la Universidad RMIT utilizaron un modelo de rana embrionaria parademuestre por primera vez que una señalización bioeléctrica defectuosa es responsable de los defectos craneofaciales que caracterizan a los ATS: una frente y nariz anchas, ojos bien abiertos, orejas bajas y una pequeña mandíbula y mentón.
Los pacientes con ATS tienen una mutación en el gen que codifica el canal de iones de potasio Kir2.1, una pieza crucial de la maquinaria celular que mantiene la carga eléctrica de las células al regular el flujo de iones de potasio con carga positiva dentro y fuera de las células.El mal funcionamiento de Kir2.1 afecta la forma en que se desarrollan los rasgos faciales en el embrión, entre otras cosas.
Las arritmias cardíacas y los trastornos musculares también asociados con ATS se habían relacionado previamente con la electrofisiología, pero las deformidades craneofaciales no se habían explicado.
Los nuevos hallazgos, dice Adams, "no son solo el primer modelo de por qué una mutación rara causa anomalías craneofaciales, en realidad pueden aplicarse al síndrome de alcoholismo fetal mucho más común".
Dice que aunque solo alrededor de 100 personas en el mundo tienen ETA, se estima que más de 7 millones sufren de síndrome de alcoholismo fetal. La investigación de otros científicos ha encontrado que el alcohol se une al canal de iones Kir2.1, lo que lleva a especular quela función anormal del canal iónico puede causar las características faciales distintivas asociadas con el síndrome de alcoholismo fetal, tal como ocurre en el ATS.
En su estudio, los científicos de Tufts utilizaron la luz para controlar la actividad del canal iónico: el primer uso del campo emergente de la optogenética para alterar el desarrollo embrionario y explorar un estado de enfermedad mediante la manipulación de la señalización bioeléctrica. Utilizando la luz para manipular y controlar con precisión las células que teníanmodificados genéticamente para expresar canales iónicos sensibles a la luz, los investigadores demostraron que la alteración de los patrones bioeléctricos naturales dentro de la capa celular externa de los embriones de rana durante el desarrollo temprano causó anormalidades en el cráneo y la cara, mientras que los cambios posteriores en el desarrollo no lo hicieron.
El trabajo refuerza los hallazgos anteriores de los investigadores de Tufts de que la señalización bioeléctrica en muchos tipos de células, no solo nervios, juega un papel importante en cómo las células crean y reparan estructuras anatómicas complejas, dice Michael Levin, Ph.D., director del Centro Tuftspara Biología Regenerativa y del Desarrollo y coautor del último estudio.
Con ese conocimiento, dice, puede ser posible alterar la señalización bioeléctrica para corregir los efectos de mutaciones genéticas u otros defectos de desarrollo. "Esa es la gran imagen aquí", dice Levin, quien también es el profesor de Vannevar Bush en el Departamentode Biología en Tufts.
El estudio del Journal of Physiology sugiere que la capacidad de ejercer cierto control sobre los canales iónicos como Kir2.1 podría alterar drásticamente lo que está sucediendo en las células de un embrión en desarrollo. Tratamientos para prevenir la formación de anomalías faciales, como las asociadas conEl ATS y otras condiciones causadas por el mal funcionamiento de los canales iónicos podrían ocurrir sin tener que alterar la secuencia genética, dice Adams, o incluso sin saber necesariamente qué gen está afectado.
"Ya tenemos medicamentos aprobados para uso humano que alteran el flujo de iones", dice Adams. "Debido a que tenemos medicamentos dirigidos, ya tenemos formas de entrar y prevenir el problema".
Los laboratorios Adams y Levin son dos de los pocos en el mundo que estudian la bioelectricidad en células fuera del sistema nervioso. En investigaciones anteriores, los dos equipos demostraron que la señalización bioeléctrica está involucrada en la regulación de la expresión génica y la estructura anatómica en una variedad de órganosdictando el destino de las células y los tejidos durante el desarrollo, la regeneración y la supresión del cáncer.
"Estas propiedades bioeléctricas son tan importantes como las señales bioquímicas", dice Adams, "y de alguna manera son objetivos mucho más fáciles para la terapia que la genética".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Tufts . Original escrito por Jacqueline Mitchell. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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