La expresión génica puede activarse y desactivarse como un interruptor, o puede ajustarse finamente, como con una perilla de control de volumen. Dr. Garth Ilsley, científico investigador en la unidad del Prof. Nick Luscombe en la Universidad de Graduados del Instituto de Ciencia y Tecnología de OkinawaOIST, ha desarrollado un modelo matemático que muestra cómo sintonizar de forma predecible la expresión génica, que se validó experimentalmente utilizando una técnica para ajustar la expresión génica en embriones de mosca de la fruta, promovida por el Dr. Justin Crocker en el grupo del Dr. David Stern en el Campus de Investigación Janelia enEE. UU. Este estudio, publicado en Genética de la naturaleza tiene importantes implicaciones en la biología celular y del desarrollo, con posibles aplicaciones en la reprogramación de células madre y la medicina regenerativa.
Los factores de transcripción son proteínas que se unen a regiones especiales de ADN llamadas potenciadores, para regular la expresión génica. Algunos factores de transcripción activan la expresión génica, mientras que otros la reprimen. El nivel de expresión génica es como el volumen de una radio; algunos factores de transcripción cambianel volumen sube, mientras que otros lo bajan. Los científicos han investigado cómo funcionan la activación y la represión y cómo predecir el nivel de expresión génica. De la misma manera, al girar la perilla de volumen de una radio, es posible saber qué tan alto o altola música será suave y regulará, excepto que, en este caso, cada factor de transcripción tiene su propia perilla de volumen, todos actuando en el mismo altavoz. El desafío es comprender cómo todos trabajan juntos para producir el volumen correcto.
El Dr. Ilsley aplicó un nuevo modelo matemático que no requiere información sobre el número y la posición de los factores de transcripción que se unen al potenciador, que sería como conocer el funcionamiento interno de la radio. En cambio, el modelo predice correctamente el volumen final solo porsabiendo cómo se giran las perillas de volumen. Estas predicciones se probaron experimentalmente utilizando factores de transcripción artificial que activan y reprimen la expresión génica con diferentes potencias.
Los científicos trabajaron con mosca de la fruta Drosophila melanogaster embriones en etapa temprana.El modelo matemático muestra que la expresión de genes que determinan la segmentación del cuerpo de la mosca de la fruta de la cabeza a la cola es ajustable.Los resultados experimentales coinciden con la predicción del modelo, mostrando que los activadores y represores artificiales pueden aumentar y disminuir gradualmente la expresión génica de manera controlable y reproducible.Esto es como colocar otra perilla de volumen en la radio y descubrir que funciona en concierto con las perillas existentes.Más allá del nivel de expresión génica, el modelo también fue capaz de predecir en qué ubicación del embrión, por ejemplo ventral o dorsal, se expresaría el gen."Era nuestro sueño unir modelo y experimento", entusiasma el Dr. Ilsley.
Este estudio también muestra que los mejoradores pueden adquirir nuevos activadores y represores de manera bastante flexible. "Puede incorporar factores de transcripción extraños y los mejoradores aún funcionan. Los mejoradores que observamos no son frágiles en absoluto. Esto es evolutivamente importante, porque muestracómo se puede ajustar gradualmente la actividad potenciadora y seguir trabajando en contextos cambiantes ", señala el Dr. Ilsley." Cada activador y represor es como un componente genérico que participa en la sintonización general de la expresión génica. Muchas combinaciones posibles de transcripción natural o artificialmente diseñadalos factores pueden producir actividades potenciadoras idénticas ", explica el Dr. Ilsley.
"Nos estamos alejando de tener que usar un modelo on / off de expresión génica para comprender cómo se especifican los tipos de células. Avances en biología cuantitativa a nivel de células individuales, como imágenes cuantitativas y secuenciación de ARN, junto con modelos matemáticos,ahora brinde a los biólogos las herramientas que necesitan para profundizar en las complejidades del ajuste de la expresión génica y para manipular de manera predecible la célula ", concluye el Dr. Ilsley.
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Materiales proporcionado por Universidad de Posgrado del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa OIST . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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