Cada animal, desde una hormiga hasta un humano, contiene en su genoma fragmentos de ADN llamados genes Hox. Arquitectos del cuerpo, estos genes son los encargados de los planos del cuerpo; dictan cómo los embriones crecen en adultos, incluso dónde un animal en desarrollopone su cabeza, piernas y otras partes del cuerpo.
Los científicos han buscado durante mucho tiempo formas de descifrar cómo los genes Hox crean este mapa corporal; una clave para descifrar cómo construimos nuestros cuerpos.
Ahora un grupo internacional de investigadores de la Universidad de Columbia y el Consejo Nacional de Investigación Español CSIC con sede en la Universidad Pablo de Olavide en Sevilla, España, ha encontrado una de esas claves: un método que puede identificar sistemáticamente el papel que desempeña cada gen Hox enuna mosca de la fruta en desarrollo. Sus resultados, informados recientemente en Comunicaciones de la naturaleza , ofrecer un nuevo camino a seguir para los investigadores con la esperanza de dar sentido a un proceso que es a la vez caótico y preciso, y que es fundamental para comprender no solo el crecimiento y el desarrollo, sino también el envejecimiento y las enfermedades.
"El genoma, que contiene miles de genes y millones de letras de ADN, es el código más complicado jamás escrito", dijo Richard Mann, PhD, investigador principal del Instituto de Comportamiento Cerebral Mortimer B. Zuckerman de Columbia y el coautor del artículo.autor principal ". Descifrar este código ha resultado muy difícil porque la evolución lo escribió en forma y comienza durante cientos de millones de años. El estudio de hoy ofrece una clave para descifrar ese código, acercándonos más que nunca a comprender cómo los genes Hox construyen un cuerpo sanoo cómo se interrumpe este proceso en la enfermedad "
Los genes Hox son antiguos; se pueden encontrar en todas las especies animales. Incluso las medusas primitivas los tienen. Cada tipo de organismo tiene diferentes combinaciones de estos genes. Las moscas de la fruta tienen ocho genes Hox, mientras que los humanos tienen 39.
Estos genes funcionan produciendo proteínas especiales llamadas factores de transcripción, que funcionan junto con proteínas similares llamadas cofactores Hox para unirse a diferentes segmentos de ADN y activar y desactivar muchos otros genes en el momento justo: una máquina microscópica Rube Goldbergdimensiones.
"Debido a que estos genes están intrincadamente involucrados en muchos aspectos del desarrollo, ha resultado increíblemente difícil aislar genes Hox individuales y rastrear su actividad con el tiempo", dijo James Castelli-Gair Hombría, PhD, investigador principal del Centro Andaluz deBiología del Desarrollo en la Universidad Pablo de Olavide y el coautor principal del artículo: "Teníamos que resolver una ecuación increíblemente compleja pero demasiadas incógnitas para lograr un progreso significativo".
Recientemente, el Dr. Hombría y su equipo tuvieron un poco de suerte. Mientras examinaban la actividad genética en una mosca de la fruta en desarrollo, se toparon con un pequeño fragmento de ADN regulador, llamado vvI1 + 2, que tenía un efecto inusual y sorprendente.- atributo. Aunque estaba activo en las células de todo el cuerpo en desarrollo de la mosca de la fruta, parecía estar regulado por los ocho genes Hox de la mosca de la fruta.
"La ubicuidad del segmento de ADN vvI1 + 2 en toda la mosca de la fruta en desarrollo, combinado con el hecho de que cada gen Hox lo toca, lo convirtió en un sistema ideal para estudiar la familia de genes Hox", dijo Carlos Sánchez-Higueras, PhD, investigador postdoctoral en el laboratorio de Hombría y primer autor del artículo. "En este único fragmento de ADN, teníamos la herramienta perfecta; ahora podríamos idear un método para manipular sistemáticamente la actividad vvI1 + 2 para ver cómo funcionaba cada gen Hox"
Primero, el Dr. Sánchez-Higueras se asoció con el Dr. Mann en el Instituto Zuckerman de Columbia y usó un algoritmo informático sofisticado llamado No Read Left Behind, o NRLB. NRLB fue desarrollado recientemente por el Dr. Mann, su laboratorio y sus colaboradores,incluido el profesor de biología de sistemas de Columbia, Harmen Bussemaker, PhD. Este poderoso algoritmo señala las ubicaciones donde los factores de transcripción se unen a un tramo de ADN, incluso si estos sitios de unión son muy débiles y difíciles de capturar. Para este estudio, los investigadores se centraron en la transcripción Hoxfactores y cofactores Hox que se unen a vvI1 + 2.
"Nuestros análisis proporcionaron una hoja de ruta precisa de los sitios de unión de Hox en vvI1 + 2, que luego podríamos aplicar a una mosca de la fruta viva", dijo el Dr. Mann, quien también es profesor de Higgins de Bioquímica y Biofísica Molecular en SistemasBiología en el Colegio de Médicos y Cirujanos Vagelos de Columbia.
Al emplear una combinación de elegantes manipulaciones genéticas en embriones de mosca vivos o in vivo, junto con análisis bioquímicos y computacionales avanzados, los investigadores podrían manipular sistemáticamente la actividad objetivo de Hox con un nivel de precisión sin precedentes.
"Ahora teníamos un punto de partida para decodificar sistemáticamente la regulación del gen Hox", dijo el Dr. Hombría, "una especie de Rosetta Stone para ayudarnos a descifrar la genética del desarrollo del cuerpo".
Los hallazgos de los investigadores son especialmente prometedores porque pueden aplicarse a todo el genoma. Los pasos que siguen los genes Hox para regular vvI1 + 2 pueden informar cómo los genes Hox regulan otro ADN, no solo en las moscas de la fruta sino más allá, incluso envertebrados, como mamíferos e incluso humanos.
"Si bien aún queda mucho por dilucidar sobre los genes Hox, nuestro trabajo es un importante paso adelante", dijo el Dr. Sánchez-Higueras. "Estos esfuerzos continuos, combinados con los de nuestros pares, ayudarán a arrojar luz sobre cómotodo el sistema trabaja en conjunto en un embrión en crecimiento y cómo contribuyen a la enfermedad ".
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Materiales proporcionado por El Instituto Zuckerman de la Universidad de Columbia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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