Optogenética: El control de la expresión de genes usando luz

Dibujo201300821 Modular control of genome function - nature com

La optogenética consiste en acoplar proteínas fotosensibles a otras proteínas y lograr el control de su función; hoy se usa para activar y desactivar las sinapsis de neuronas mediante pulsos de luz que actúan sobre los canales iónicos y las bombas de iones en sus membranas. Nature publica una nueva técnica optogenética para regular la expresión de genes in vivo y de forma no invasiva usando luz láser de diferentes colores; la regulación de la actividad enzimática tiene gran número de aplicaciones y la nueva técnica tiene múltiples ventajas respecto a otras técnicas anteriores. Nos lo cuentan Andreas Möglich, Peter Hegemann, “Biotechnology: Programming genomes with light,” Nature 500: 406–408, 22 Aug 2013, que se hacen eco del artículo técnico de Silvana Konermann et al., “Optical control of mammalian endogenous transcription and epigenetic states,” Nature 500: 472–476, 22 Aug 2013.

Dibujo201300821 design and optimization of LITE system - nature comLa optogenética es una rama de la bioingeniería que aprovecha los fotorreceptores de plantas y microorganismos para diseñar sistemas de control activo de proteínas. El más usado es el criptocromo 2 (CYR2), que al recibir luz azul se acopla a una proteína llamada CIB1. Lo más sencillo es acoplar esta proteína a un factor de transcripción que controle la expresión de un gen para regularlo usando luz; recuerda que un factor de transcripción es una proteína que se une a una secuencia de ADN concreta cercana a un gen concreto y facilita que la ARN polimerasa inicie la transcripción de dicho gen a ARN mensajero. Esta técnica sólo permite controlar genes muy concretos, pues los factores de transcripción son muy específicos.

Lo ideal sería poder controlar cualquier gen con un mecanismo que reconociera una secuencia de ADN cualquiera y activara la transcripción del gen más cercano. Para ello en ingeniería genética se utilizan proteínas TALE (Transcription-Activator-Like Effector) capaces de reconocer una secuencia de ADN repetitiva e introducir un corte en la doble hélice de ADN; el proceso de reparación de ADN puede ser engañado y ser utilizado para introducir nuevos elementos genéticos en el lugar del corte.

Konermann y sus colegas combinan la optogenética basada en CYR2 y la ingeniería genética basada en proteínas TALE en una nueva técnica llamada LITE (Light-Inducible Transcriptional Effector). Demuestran su técnica usando dos genes llamados Grm2 y Neurog2 en neuronas de ratón. Unos minutos después de iluminar las neuronas se observa un incremento en un factor de 10 a 20 en la expresión de estos genes, relativo a su expresión sin iluminación. La técnica LITE es reversible, ya que al eliminar la iluminación la tasa de expresión vuelve a su estado original. Aunque la técnica ha sido demostrada in vitro (con células cultivadas), nada impide que pueda ser aplicada in vivo (las técnicas optogenéticas ya han sido usadas en animales vivos).

Dibujo20130821 TALE- and LITE-mediated epigenetic modifications - nature com

Konermann y sus colegas han demostrado también el uso de luz de diferentes colores para controlar la expresión de diferentes genes. Para ello han aplicado LITE a varias moléculas que modifican las histonas (las proteínas en las que se enrolla el ADN en los cromosomas), controlando su metilación y acetilación (dos modificaciones epigenéticas de la transcripción). Estas y otras demostraciones de la técnica LITE muestran su gran versatilidad para activar la transcripción de genes seleccionados a medida y promete muchas aplicaciones prácticas.

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