Los científicos de la Facultad de Medicina de la UNC crearon una nueva y poderosa técnica de "evolución dirigida" para el rápido desarrollo de herramientas científicas y nuevos tratamientos para muchas enfermedades.
Los científicos, cuyo avance se informa en Celda demostró la técnica al desarrollar varias proteínas para realizar tareas nuevas precisas, cada vez que lo hace en cuestión de días. Los métodos existentes de evolución dirigida son más laboriosos y requieren mucho tiempo, y generalmente se aplican en células bacterianas, lo que limitautilidad de esta tecnología para la evolución de proteínas para su uso en células humanas.
La evolución dirigida es una versión artificial y acelerada del proceso de evolución en la naturaleza. La idea es enfocar el proceso evolutivo en una sola secuencia de ADN para que realice una tarea específica. La evolución dirigida se puede utilizar, en principio, para hacerNuevas terapias que funcionan de manera poderosa para detener enfermedades y tienen pocos o ningún efecto secundario. El innovador trabajo científico inicial sobre evolución dirigida ganó el Premio Nobel de Química 2018.
"Lo que hemos desarrollado es el sistema más robusto hasta ahora para la evolución dirigida en células de mamíferos", dijo el autor principal del estudio Justin English, PhD, investigador asociado postdoctoral en el Departamento de Farmacología de la Facultad de Medicina de la UNC.
"La comunidad científica ha necesitado una herramienta como esta durante mucho tiempo", dijo el autor principal del estudio Bryan L. Roth, MD, PhD, Profesor Distinguido Michael Hooker en el Departamento de Farmacología de la Facultad de Medicina de la UNC.creemos que nuestra técnica acelerará la investigación y, en última instancia, conducirá a mejores terapias para las personas que padecen muchas de las enfermedades para las cuales necesitamos tratamientos mucho mejores ".
El concepto amplio de evolución dirigida no es nuevo. Los investigadores lo han estado aplicando durante siglos en la selección y reproducción de variantes de animales y plantas que tienen características deseadas, como variedades de cultivos con frutos más grandes. Los biólogos en las últimas décadas también han utilizado la evolución dirigidaa nivel molecular en el laboratorio, por ejemplo, mutando un gen al azar hasta que aparezca una variante que tenga una propiedad deseada, pero en general, los métodos de evolución dirigida para moléculas biológicas han sido difíciles de usar y su aplicación ha sido limitada.
El nuevo método desarrollado por Roth, English, y sus colegas es comparativamente rápido, fácil y versátil. Utiliza el virus Sindbis como portador del gen a modificar. El virus con su carga genética puede infectar células en un plato de cultivoy mutan bastante rápido. Los investigadores establecen condiciones para que los únicos genes mutantes que prosperen sean los que codifican proteínas capaces de cumplir una función deseada dentro de las células, como activar un determinado receptor o activar ciertos genes. Porque el sistema funcionaen células de mamíferos, puede usarse para desarrollar nuevas proteínas humanas, de ratón u otras de mamíferos que serían onerosas o imposibles de generar con los métodos tradicionales basados en células bacterianas.
English y sus colegas llaman al nuevo sistema "VEGAS" para la evolución viral de secuencias de acción genética. En una demostración inicial, el laboratorio de Roth modificó una proteína llamada transactivador de tetraciclina tTA, que funciona como un interruptor para activar genes y es unherramienta estándar utilizada en experimentos de biología. Normalmente, el tTA deja de funcionar si se encuentra con el antibiótico tetraciclina o doxiciclina estrechamente relacionada, pero los investigadores desarrollaron una nueva versión con 22 mutaciones que permite que el tTA siga funcionando a pesar de los niveles muy altos de doxiciclina. El proceso tomó solo sietedias.
"Para tener una idea de cuán eficiente es eso, considere que un método de evolución dirigida por mamíferos previamente informado aplicado al transactivador de tetraciclina tardó cuatro meses en producir solo dos mutaciones que conferían solo insensibilidad parcial a la doxiciclina", dijo English.
Luego, los científicos aplicaron VEGAS a un tipo común de receptor celular llamado receptor acoplado a proteínas G GPCR. Hay cientos de GPCR diferentes en las células humanas, y muchos están dirigidos por medicamentos modernos para tratar una amplia variedad de afeccionesPrecisamente cómo un GPCR dado cambia de forma cuando pasa de inactivo a activo es de gran interés para los investigadores que intentan crear tratamientos más precisos. English y sus colegas usaron VEGAS para mutar rápidamente un GPCR poco estudiado llamado MRGPRX2 para que permanezca enun estado siempre activo
"Identificar las mutaciones que ocurrieron durante esta rápida evolución nos ayuda a comprender por primera vez las regiones clave en la proteína receptora involucradas en la transición a un estado activo", dijo English.
En una demostración final, el equipo demostró el potencial de VEGAS para guiar el desarrollo de fármacos más directamente. Usaron VEGAS para desarrollar rápidamente pequeñas moléculas biológicas llamadas nanocuerpos que podrían activar diferentes GPCR, incluidos los receptores de serotonina y dopamina, que se encuentran en el cerebrocélulas y son el objetivo de muchas drogas psiquiátricas.
El equipo ahora está utilizando VEGAS en un esfuerzo por desarrollar herramientas de edición de genes altamente eficientes, potencialmente para curar enfermedades genéticas, y para diseñar nanocuerpos que puedan neutralizar los genes que causan cáncer.
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Materiales proporcionado por Cuidado de la salud de la Universidad de Carolina del Norte . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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