Una nueva herramienta de bioinformática, MHcut, desarrollada por investigadores en Kyoto, Japón y Montreal, Canadá, revela que un sistema de reparación natural para el daño del ADN, la unión final mediada por microhomología, es probablemente mucho más común en humanos de lo que se suponía originalmente.MHcut y la tecnología comercial de edición del genoma, los investigadores crearon mutaciones en células iPS con extraordinaria precisión para modelar enfermedades sin la necesidad de muestras de pacientes. Esta combinación, que se puede leer en Comunicaciones de la naturaleza , hará que sea mucho más fácil estudiar enfermedades incluso cuando los pacientes son raros o no están disponibles.
La famosa doble hélice de ADN describe la forma de dos hebras de pares de bases que se alinean entre sí. Evolution ha desarrollado múltiples sistemas de reparación de perturbaciones en las hebras, por ejemplo, roturas de doble hebra. De hecho, nuestras células están constantementereparación de daños en nuestro ADN. Los dos sistemas más comúnmente estudiados son la unión final no homóloga y la reparación dirigida por homología. El laboratorio del profesor asociado de CiRA Knut Woltjen ha estado estudiando un tercer sistema de reparación menos apreciado para desarrollar nuevas tecnologías de edición genética.
La unión final mediada por microhomología [MMEJ] repara roturas bicatenarias que están flanqueadas por secuencias cortas idénticas llamadas microhomologías.
"Su importancia en la reparación del ADN en el laboratorio se conoce desde hace algún tiempo, pero solo a través de este trabajo hemos llegado a apreciar el alcance de su relación con las variantes de eliminación en la población humana", dice.
De hecho, utilizando MHcut, el estudiante de doctorado Janin Grajcarek descubrió que el 57% de todas las mutaciones de deleción en el genoma humano están flanqueadas por secuencias microhomólogas que tienen al menos tres pares de bases de largo, un porcentaje mucho mayor de lo esperado por casualidad.
Grajcarek cree que estas eliminaciones permitirán una nueva comprensión de la función del genoma. "Menos del 0.1% se han conectado a una enfermedad. El otro 99.9% aún no ha identificado su impacto", dice ella.
Las tecnologías de edición de genes populares como CRISPR / Cas9 operan mediante la explotación de sistemas de reparación de ADN natural como la unión de extremos no homólogos, la reparación dirigida por homología y MMEJ. El equipo de Woltjen ha demostrado en trabajos anteriores que MMEJ ofrece mayor precisión que estos otros sistemas.Ahora con MHcut, el nuevo estudio muestra a los científicos cómo identificar mutaciones de deleción en el genoma humano que pueden recrearse con MMEJ en el laboratorio.
Para demostrar este punto, el laboratorio modificó tres genes en células iPS humanas.
"DYSF regula la reparación muscular y sus mutaciones están asociadas con la distrofia muscular. ALAS2 y FECH codifican enzimas para la vía de síntesis de hem. Las mutaciones en ALAS2 y FECH causan fotosensibilidad de la piel y, en algunos casos, daño hepático. Actualmente no haymodelos de enfermedad para ALAS2 disponibles ", explica Grajcarek.
Después de fabricar las mutaciones, el grupo Woltjen unió esfuerzos con colegas de CiRA que son expertos en generar células musculares para la mutación DYSF y glóbulos rojos para las mutaciones ALAS2 y FECH de las células iPS, los profesores asociados Hidetoshi Sakurai y MegumuSaito. Las células editadas mostraron características consistentes con la enfermedad en pacientes.
"Para las enfermedades huérfanas, puede ser difícil encontrar pacientes. Además, lleva tiempo reprogramar las muestras en las células iPS. MHcut simplifica el estudio de enfermedades raras", dice Saito.
Según Grajcarek, el éxito del proyecto fue fortuito. Usando un software muy básico, descubrió que las microhomologías eran sorprendentemente comunes en las variantes genéticas del cromosoma X, pero para confirmar esta característica en todos los cromosomas se requirió un análisis más complejo.En ese momento, dos bioinformáticos en la Universidad McGill en Montreal, el Prof. Guillaume Bourque y el Dr. Jean Monlong, quienes estaban visitando Japón como parte del Proyecto Global Global University de Kyoto, se unieron al proyecto.
"El análisis no podría haber sido tan rápido como lo hubiera hecho si Jean y Guillaume no hubieran estado en Kioto justo en el momento en que necesitábamos apoyo bioinformático. Esta investigación muestra el poder de colaborar entre disciplinas y países", dice ella.
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Materiales proporcionados por Universidad de Kyoto . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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