Los científicos de Northwestern Medicine han utilizado una técnica innovadora de edición de genes para identificar los genes que pueden conducir a la enfermedad de Parkinson después de la exposición al paraquat, un herbicida de uso común.
Este estudio, que utilizó la herramienta de edición de genes CRISPR-Cas9, sirve como prueba de concepto para usar pantallas genéticas para investigar la biología del estrés oxidativo, según el autor principal Navdeep Chandel, PhD, David W. Cugell, MD, Profesor de Medicina en la División de Cuidados Pulmonares y Críticos de la Facultad de Medicina Feinberg de la Universidad Northwestern.
El estudio fue publicado en Biología química de la naturaleza y el primer autor fue Colleen Reczek, PhD, becaria postdoctoral en el laboratorio de Chandel. Otros autores incluyeron a los miembros del laboratorio de Chandel Hyewon Kong, un estudiante del Programa de Posgrado Walter S. y Lucienne Driskill en Ciencias de la Vida, e Inmaculada Martinez-Reyes,Doctorado, becario postdoctoral.
El uso de paraquat, que causa la muerte celular por estrés oxidativo, está restringido en los Estados Unidos y prohibido en la Unión Europea, pero el químico todavía se usa ampliamente en Asia y el mundo en desarrollo, según Chandel, también profesor deBiología celular y molecular: la ingestión de paraquat puede provocar fibrosis pulmonar o incluso la muerte, pero un estudio de 2011 relacionó el uso ocupacional con un mayor riesgo de enfermedad de Parkinson, lo que renueva el interés por su impacto en los humanos.
Según una investigación previa, una causa importante de Parkinson es la pérdida de la función en las neuronas de dopamina en una pequeña región del cerebro llamada sustancia negra compacta, esas neuronas son altamente vulnerables al estrés oxidativo, lo que lleva a los científicos a plantear la hipótesis de que el paraquat eravinculado a la enfermedad de Parkinson a través de este estrés oxidativo.
"El paraquat genera muchos oxidantes. Naturalmente, esas neuronas dopaminérgicas serán las más susceptibles al daño", dijo Chandel.
Sin embargo, el mecanismo por el cual el paraquat creaba oxidantes era desconocido, hasta ahora.
Chandel y sus colaboradores realizaron una pantalla de selección positiva CRISPR-Cas9, creando miles de células, cada una con un gen individual desactivado.
"Pensamos que era una proteína metabólica que el paraquat se estaba activando para generar oxidantes", dijo Chandel. "Así que localizamos nuestro trabajo en los 3,000 genes que codifican las proteínas metabólicas, en lugar de los 18,000 a 20,000 genes que las células humanas tienen en total"
Expusieron ese subconjunto de células al paraquat; la mayoría de las células murieron, pero no todas. Ciertas células con genes eliminados eran resistentes al paraquat, lo que sugiere que esos genes pueden ser responsables de la toxicidad.
Los científicos identificaron tres genes cuya pérdida confería resistencia al paraquat: POR, ATP7A y SLC45A4. POR, una proteína en el retículo endoplásmico, fue señalada como la principal fuente de oxidación que causó el daño. Identificar estos genes podría ayudar a identificar a las personasespecialmente vulnerable al paraquat, dijo Chandel.
"Ciertas personas con mutaciones genéticas podrían tener altos niveles de este gen. Serían muy susceptibles al envenenamiento por paraquat mientras trabajan en una granja, por ejemplo", dijo.
Sin embargo, la conclusión más impactante del artículo puede ser una prueba de concepto para la biología investigativa del estrés oxidativo, según Chandel.
Según el estudio, el POR había estado previamente implicado en la generación de oxidantes, pero la mayoría de la evidencia había apuntado a sistemas en las mitocondrias, y no había surgido una respuesta definitiva hasta que se realizó este estudio.
"Ahora, podemos entrar y probar cómo funcionan los agentes de estrés oxidativo", dijo Chandel. "La belleza del papel está en el poder de estas pantallas genéticas imparciales que ahora podemos usar con la tecnología CRISPR".
Investigar el estrés oxidativo podría pagar dividendos en el futuro, de acuerdo con Chandel, incluso en el desarrollo de medicamentos diseñados para generar estrés oxidativo en las células cancerosas, matándolos y dejando solo células sanas. Si bien existen algunos medicamentos actualmente, no se sabe lo suficientesus caminos para crear un compuesto funcional, dijo Chandel.
"La biología del estrés oxidativo sigue siendo un misterio", dijo. "Las pantallas de selección positiva CRISPR podrían ser una forma de resolverlo".
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Materiales proporcionado por Universidad del Noroeste . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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