Los avances en la optimización de la técnica de edición de genes CRISPR / Cas9 en los modelos de la enfermedad del pez cebra ofrecen un nuevo nivel de precisión y especificidad previamente fuera del alcance de la investigación en trastornos genéticos humanos.
Una amplia variedad de enfermedades que afectan a personas de todas las edades en todo el mundo, incluyendo demencia, trastornos del desarrollo, algunas formas de cáncer, distrofias musculares y afecciones cardíacas, son el resultado de mutaciones en nuestros genes. A medida que los científicos buscan comprender la base genética deEstas enfermedades y para trabajar hacia el desarrollo de tratamientos efectivos, tener modelos genéticos de las enfermedades es clave para su investigación. Si bien gran parte de la investigación actual se lleva a cabo en líneas celulares, los científicos también necesitan comprender cómo un gen causa patogenicidad en todo el organismoLos modelos animales de la enfermedad permiten a los investigadores probar las funciones de los genes que pueden depender de las interacciones entre diferentes tipos de células dentro del animal, o que podrían afectar el desarrollo saludable de los embriones a medida que crecen.
Poder experimental en un paquete pequeño
Si bien los ratones o las moscas de la fruta generalmente vienen a la mente al pensar en modelos animales en el laboratorio, el pez cebra es cada vez más popular por varias razones importantes. Debido a su pequeño tamaño y a su bajo costo de cría, se pueden alojar en grandes cantidades.tienen un ciclo de vida relativamente corto, alcanzan la madurez sexual en 2-3 meses y producen hasta 300 huevos por semana. Los embriones se desarrollan externamente y son transparentes, lo que los convierte en una herramienta ideal para la investigación microscópica no invasiva a medida que se desarrollan.También es una excelente herramienta para la detección de drogas, gracias a su disponibilidad en grandes cantidades y a una superficie de contacto sustancial con el agua en la que crecen.
Para desarrollar modelos animales de la enfermedad, los científicos deben poder manipular los genes de los animales para replicar el defecto genético que causa la enfermedad. En el pasado, los métodos se basaban en la eliminación de todo el gen o la sobreexpresión de genes modificados que albergabanmutaciones derivadas del paciente, pero estas modelaron de manera incompleta la enfermedad humana en términos de niveles de expresión de proteínas o especificidad de tipo celular, y también tomó mucho tiempo en desarrollarse, incluso en el pez cebra.
La edición de genes abre nuevas puertas
CRISPR / Cas9 es la técnica de edición de genes que actualmente está revolucionando la biología molecular, incluido el desarrollo del modelo de enfermedad. El sistema se deriva de la respuesta inmune bacteriana, donde una secuencia corta del ADN de los invasores, como los virus, se almacena en la bacteriagenoma. Si la bacteria se infecta nuevamente, la secuencia de ADN viral almacenada ayuda a guiar una proteína, Cas9, a la región correspondiente en el genoma viral, donde Cas9 causa roturas de ADN que conducen a la erradicación del invasor. Los científicos se dieron cuenta de que CRISPR / Cas9El sistema podría diseñarse para administrar Cas9 en las células junto con una molécula guía para dirigir el sitio exacto donde se corta el ADN. La disponibilidad inmediata de embriones de pez cebra recién fertilizados los hace ideales para la edición del gen CRISPR / Cas9, ya que los embriones pueden microinyectarse conreactivos en la etapa de 1 célula, y a medida que el embrión crece, las nuevas células que surjan de esta primera célula llevarán la mutación objetivo.
Avanzando en el modelado de enfermedades 'knock-in'
Crucialmente para el modelado de enfermedades, cuando se combina con una plantilla monocatenaria para la reparación del ADN después del corte, CRISPR / Cas9 ha permitido a los investigadores introducir mutaciones puntuales precisas para replicar las que causan la enfermedad en algunos pacientes humanos. Sin embargo, mientras que la eliminación total'de un gen con CRISPR / Cas9 ahora es relativamente sencillo, la introducción de mutaciones puntuales específicas en un modelo' knock-in 'todavía puede ser problemático, particularmente en el pez cebra, ya que requiere la detección de muchos animales para encontrar individuos que alberguen el cambio de nucleótido deseado. Tresnuevos artículos publicados en Modelos y mecanismos de enfermedades explore el potencial del uso de CRISPR / Cas9 para desarrollar modelos de pez cebra de la enfermedad humana, y sugiera nuevas formas de superar los problemas que aún se enfrentan al crear modelos de enfermedades humanas causadas por mutaciones puntuales específicas.
"Casi no hay limitaciones en lo que podemos diseñar en el pez cebra u otros sistemas para generar modelos de trastornos genéticos humanos. CRISPR / Cas9 realmente ha hecho posible por primera vez probar los efectos de las variantes genéticas asociadas a enfermedades humanas enmodelos animales ", dice la Dra. Lisa Maves, autora principal de un artículo del Instituto de Investigación Infantil de Seattle y la Universidad de Washington. Los estudios de secuenciación del genoma humano a menudo identifican variantes en las secuencias de genes, incluso si la importancia de estas no está clara de inmediato.El equipo de investigación centró su trabajo en el uso de modelos CRISPR / Cas9 de pez cebra para probar si las variantes genéticas identificadas en individuos con defectos cardíacos congénitos contribuyen al desarrollo de la enfermedad. "Mejorando enormemente la eficiencia con la que se podrían realizar cambios específicos de nucleótidos en la secuencia genómica del pez cebraser un avance importante en el campo ", dice Hank Farr, miembro del Maves Lab y primer autor del artículo.
También trabajando para mejorar las limitaciones actuales de la creación de modelos de imitación, el investigador principal, el Dr. Andy Willaert y su grupo en la Universidad de Gante, han estado investigando cómo las mutaciones puntuales en el pez cebra con CRISPR / Cas9 y las plantillas de reparación monocatenarias pueden introducir errores en el"El genoma del pez cebra". El pez cebra y CRISPR / Cas9 forman el dúo ideal para la generación masiva y rápida de modelos de enfermedades ", dice Willaert." Sin embargo, la edición del genoma utilizando una plantilla de reparación monocatenaria a menudo ocurre erróneamente y las técnicas de análisis comúnmente utilizadas no siempre detectanreparación errónea. Esto puede conducir a un modelo con una interrupción génica en lugar de knock-in y una posible interpretación errónea de los resultados experimentales obtenidos. Como estos modelos podrían usarse eventualmente en aplicaciones terapéuticas, queremos enfatizar la posible aparición de reparación errónea."
En los Países Bajos, un equipo dirigido por el Dr. Jeroen Bakkers del Instituto Hubrecht y el Dr. Gijs van Haaften del Centro Médico de la Universidad de Utrecht están investigando el potencial de la tecnología CRISPR / Cas9 para desarrollar alelos específicos del paciente para modelar enfermedades humanas. Los científicosutilizó CRISPR / Cas9 y una plantilla de reparación corta para generar modelos de pez cebra de cuatro trastornos cardiovasculares humanos causados por mutaciones puntuales. El Dr. Federico Tessadori, primer autor del artículo, enfatiza que "la capacidad de introducir mutaciones puntuales exactamente replicando la situaciónen pacientes humanos es primordial para la comprensión adecuada de la enfermedad y para el desarrollo exitoso de estrategias terapéuticas ".
A pesar de las diferencias en el enfoque y el enfoque, el mensaje común que atraviesa los tres documentos es que el pez cebra tiene un enorme potencial para crear modelos precisos de enfermedades humanas causadas por mutaciones puntuales. Sin embargo, todos los autores enfatizan la importancia de la detección deguías de ARN altamente efectivas y plantillas de reparación monocatenarias, y pruebas exhaustivas de errores una vez que se completa el proceso.También es importante el reconocimiento de que las condiciones experimentales óptimas a menudo difieren entre los sistemas modelo de enfermedad, y siempre serán necesarios ciertos pasos de optimización cuando se usa CRISPR /Cas9 desarrollará modelos knock-in en pez cebra u otros organismos modelo.
Trabajando hacia un mejor tratamiento para los pacientes
Mirando hacia el futuro, los científicos continuarán mejorando las técnicas CRISPR / Cas9 para desarrollar modelos libres de errores de la enfermedad del pez cebra. El uso de modelos de pez cebra de mutaciones específicas del paciente abre nuevas oportunidades para exámenes químicos y el desarrollo de nuevos fármacosEn última instancia, las colaboraciones entre investigadores y médicos que atienden a pacientes brindarán una comprensión aún mayor de los trastornos genéticos humanos que ayudarán a una familia a comprender mejor la condición de sus hijos o guiarán a un médico hacia mejores tratamientos.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por La compañía de biólogos . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencias de revistas :
Cita esta página :