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Un grupo de investigadores de la Universidad de Nueva York (NYU) han creado genes Hox artificiales. Esto genes Hox planifican y dirigen dónde van las células para desarrollar tejidos u órganos y ayudan a recordar dónde están en el cuerpo. Utilizan una nueva tecnología de ADN sintético e ingeniería genómica en células madre. El estudio se publicado en la revista Science.
Genes Hox artificiales planifican y dirigen dónde van las células para desarrollar tejidos u órganos y ayudan a recordar dónde están en el cuerpo con un ADN sintético e ingeniería genómica
Durante el desarrollo, los genes Hox actúan como arquitectos. Determinan el plan de dónde van las células a lo largo del eje anteroposterior y qué partes del cuerpo forman. Los genes Hox garantizan que los órganos y tejidos se desarrollen correctamente, formando el tórax o colocando las alas en las posiciones anatómicas correctas. Si los genes Hox fallan por una regulación errónea o por una mutación, las células pueden perderse. Esto interviene en algunos cánceres, defectos de nacimiento y abortos.
“No creo que podamos entender el desarrollo o la enfermedad sin entender los genes Hox“. Es lo que comenta Esteban Mazzoni, profesor asociado de biología en la NYU y coautor del estudio. Pero a pesar de su importancia en el desarrollo, los genes Hox son difíciles de estudiar. Están estrechamente organizados en grupos, con sólo genes Hox en el trozo de ADN en el que se encuentran, sin otros genes a su alrededor Y mientras que muchas partes del genoma tienen elementos repetitivos, los grupos Hox no los tienen. Estos factores los hacen únicos pero difíciles de estudiar con la edición genética convencional sin afectar a los genes Hox vecinos.
Mientras que muchas partes del genoma tienen elementos repetitivos, los grupos Hox no los tienen
“Somos muy buenos leyendo el genoma, o secuenciando el ADN. Y gracias a CRISPR, podemos hacer pequeñas ediciones en el genoma. Pero todavía no somos buenos escribiendo desde cero” asegura Mazzoni. “Escribir o construir nuevas piezas del genoma podría ayudarnos a comprobar la suficiencia; en este caso, averiguar cuál es la unidad más pequeña del genoma necesaria para que una célula sepa dónde está en el cuerpo“, insiste.
Mazzoni se asoció con Jef Boeke, director del Instituto de Genética de Sistemas de la Facultad de Medicina Grossman de la Universidad de Nueva York. El Instituto es conocido por su trabajo de síntesis del genoma de la levadura. El laboratorio de Boeke pretendía trasladar esta tecnología a las células de mamíferos. El estudiante de posgrado Sudarshan Pinglay, del laboratorio de Boeke, fabricó largas cadenas de ADN sintético copiando el ADN de los genes Hox de las ratas. A continuación, los investigadores introdujeron el ADN en un lugar preciso dentro de las células madre pluripotentes de ratones. El uso de las diferentes especies permitió a los investigadores distinguir entre el ADN sintético de rata y las células naturales de ratón.
“El doctor Richard Feynman dijo ‘Lo que no puedo crear, no lo entiendo’ y ahora estamos un paso de gigante para entender Hox“, subraya Boeke. Boeke también es profesor de bioquímica y farmacología molecular en la NYU Grossman y es el coautor principal del estudio. Con el ADN Hox sintético en las células madre de ratón, los investigadores pudieron explorar ahora cómo los genes Hox ayudan a las células a aprender y recordar dónde están. En los mamíferos, los grupos Hox están rodeados de regiones reguladoras que controlan la activación de los genes Hox. Se desconocía si el clúster por sí solo o el clúster más otros elementos era necesario para que las células aprendieran y recordaran dónde están.
Con el ADN Hox sintético en las células madre de ratón, los investigadores pudieron explorar ahora cómo los genes Hox ayudan a las células a aprender y recordar dónde están
Los investigadores descubrieron que estos grupos densos de genes contienen por sí solos toda la información necesaria para que las células decodifiquen una señal posicional y la recuerden. Esto sugiere que la naturaleza compacta de los grupos Hox es lo que ayuda a las células a aprender su ubicación, lo que confirma una antigua hipótesis sobre los genes Hox que antes era difícil de comprobar.
La creación de ADN sintético y genes Hox artificiales allana el camino para futuras investigaciones sobre el desarrollo animal y las enfermedades humanas, señalan los autores.
