Los investigadores de la Universidad de Stanford han reelaborado la tecnología de edición de genes CRISPR-Cas9 para manipular el genoma en un 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, entonces CRISPR-GO es como pinzas moleculares, agarrando pedazos específicos deel genoma y hundirlos en nuevas ubicaciones del núcleo. Pero es más que solo una reubicación física: el desplazamiento de elementos genéticos puede cambiar su funcionamiento.
La investigación arroja nueva luz sobre cómo la organización espacial del genoma en el núcleo gobierna la función de la célula en general.
"La cuestión de por qué es importante la organización espacial en una célula es importante, y tampoco es algo en lo que los científicos estén de acuerdo", dijo Stanley Qi, PhD, profesor asistente de bioingeniería y de biología química y de sistemas. "CRISPR-GOpodría brindar una oportunidad para responder esa pregunta al permitirnos apuntar, mover y reubicar tramos de ADN muy específicos, y ver cómo sus nuevas ubicaciones en el núcleo cambian su funcionamiento ".
La mayoría de las células de mamíferos contienen un núcleo que alberga más de 6 pies de ADN, si se estira en una línea. Este material genético determina el destino de las células y, si está fuera de lugar o dañado, puede provocar enfermedades. Estudios anteriores han demostradodemostró que el ADN tiende a agruparse en ciertas áreas del núcleo. Sin embargo, aún no está claro cómo esa ubicación afecta 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: ¿Los genes y otros elementos genéticos se comportan de manera diferente en diferentes zonas del núcleo?
Hasta ahora, sus datos muestran que compartimentos específicos y algunos cuerpos de proteínas que flotan libremente en el núcleo pueden influir en la función del ADN reposicionado. Dependiendo de dónde estén ubicados los materiales genéticos, algunas regiones nucleares reprimen la expresión génica y otras aceleran el crecimiento de los telómeros., y posteriormente la división celular. Un cuerpo de proteína puede incluso tener el poder de suprimir la formación de tumores.
Un estudio que detalla esta investigación se publicará en línea el 11 de octubre en Celda . Qi es el autor principal. El académico postdoctoral Haifeng Wang, PhD, es el autor principal.
Cerrando la brecha
La desmitificación de los detalles físicos del genoma ha demostrado ser una tarea tediosa, pero existen algunas tecnologías existentes que permiten a los científicos observar las células y ver cómo se organizan físicamente sus intestinos. Lo que falta es una forma de alterar esta organizaciónCRISPR-GO es el primero en ofrecer a los investigadores un medio para hacerlo.
Al desmantelar el mecanismo de "corte" de CRISPR-Cas9, la herramienta de edición se convierte más en un sistema de entrega, que Qi usó para entregar pequeñas extensiones 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, existe lo que Qi llama la "dirección" del objetivo genético que desea reubicar: un tramo de ADN dirigido con una cadena complementaria de ARN de unión. Luego, ustednecesita la dirección del destino: la porción específica de ADN en un compartimento nuclear al que desea mover la cromatina. Finalmente, está el "puente", que, en este caso, es un catalizador que provoca la congelación del ADN objetivo parasu 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", dijo Qi. "No es tan diferente de lo que estamos haciendo aquí".
Habitación diferente, función diferente
Qi describe las funcionalidades de los compartimentos nucleares como los espacios de una casa. En cada habitación de su hogar, usted hace cosas diferentes: en la cocina, cocina, en el dormitorio, duerme. En el núcleo de una célula, se aplica el mismo concepto. Hay múltiples compartimentos en el núcleo que tienen roles específicos en mantener la funcionalidad celular en general. Qi y su laboratorio investigaron tres áreas distintas del núcleo, probando si de alguna manera podrían cambiar la función de la cromatina dependiendo de dóndelo movió
Al usar CRISPR-GO, los investigadores observaron que los genes se reubicaron en una parte del núcleo llamada cuerpo de Cajal, una masa amorfa y algo misteriosa de proteínas y ARN, dejaron de expresar proteínas.
"Estábamos muy emocionados de ver esto; es la primera vez que los investigadores tienen evidencia para mostrar que el cuerpo de Cajal puede tener un efecto directo de regulación génica, en este caso reprimiendo la expresión génica", dijo Qi. "Sugiere que elEl cuerpo de Cajal tiene un papel inesperado en el control de la transcripción ". Eso podría ser importante, 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, las capas moleculares de los cromosomas que están asociados con la longevidad, desde el centro hasta el borde del núcleo, los telómeros dejaron de crecer, deteniendo el ciclo celular y reduciendo la célulaviabilidad. 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 usó CRISPR-GO para formar un cuerpo de leucemia promielocítica. Se sabe que este globo de proteínas suprime los genes pro-tumorales. Al colocarlo junto a los genes que causan cáncer en el núcleo, Qi planea probar si puede ayudarfrenar 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 bajo un microscopio", dijo Wang.
Si bien la evidencia mostrada por CRISPR-GO es emocionante, la investigación aún se encuentra en una etapa piloto, y hay más trabajo por hacer antes de que se puedan confirmar los hallazgos, dijo Qi.
"Estamos muy entusiasmados con el potencial aquí y, aunque hemos respondido un par de preguntas, hemos abierto unas 20 más", dijo Qi.
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, dijo. Un día, Qi espera, esta línea de investigación se aplicará a la salud humana.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Medicina de Stanford . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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