Primer impulsor genético exitoso en mamíferos

ARRIBA: Una camada representativa de cachorros. Una bata blanca indica que CRISPR-Cas9 alteró un determinado gen. ADAPTADO DE GRUNWALD ET AL., NATURE, 2019.

Gen drive, una tecnología de ingeniería genética que empuja la descendencia hereda un alelo particular de uno de los padres con más frecuencia de lo normal, ya ha funcionado en insectos. Ahora, los investigadores muestran que también puede tener éxito en los vertebrados. En un estudio publicado hoy (23 de enero) en Nature, , los autores describen un enfoque que usa CRISPR-Cas9 para alterar la línea germinal del ratón hembra e impulsar la expresión del blanco pelaje y una proteína fluorescente roja. dice Bruce Whitelaw, investigador de la Universidad de Edimburgo que no participó en el estudio.

Según la coautora Kimberly Cooper, bióloga del desarrollo evolutivo de la Universidad de California, San Diego (UCSD), el proyecto comenzó porque…

Cooper y su grupo recurrieron a dos colegas de UCSD, Ethan Bier y Valentino Gantz, quienes habían descrito un impulso genético en Drosophila en 2015. Específicamente destacó la capacidad de la tecnología para convertir rápidamente mutaciones heterocigotas en homocigotas en la población. El objetivo es hacer un corte en el ADN con Cas9 en una ubicación cromosómica particular. Luego, esa ruptura se corrige mediante un proceso conocido como reparación dirigida por homología en la que el locus complementario en el cromosoma homólogo sirve como plantilla. En el caso de la conducción genética de insectos de 2015, la plantilla llevaba un ARN guía para apuntar a un gen de tipo salvaje para la edición y el gen cas9 . De tal manera, el gen diseñado que está presente en un cromosoma termina duplicándose en el otro cromosoma, lo que aumenta la probabilidad de que se herede en la próxima generación.

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Si bien era prometedor que el impulsor genético había tenido éxito en las moscas, no era obvio que funcionaría en un ratón porque los insectos y los ratones se separaron de un antepasado hace más de setecientos cincuenta millones de años, dice Cooper, y durante ese tiempo, muchas cosas pueden cambiar, lo que es realmente relevante para que este tipo de mecanismo funcione en un animal.

En el estudio actual, el equipo se centró en el gen Tirosinasa, que determina el color del pelaje y les daría a los investigadores una lectura fácil de visualizar de si su gen modificado había sido copiado. Insertaron el impulsor genético que contenía un ARN guía para llevar a Cas9 a la tirosinasa y un gen para una proteína roja fluorescente en el cuarto exón de la tirosinasa.

Después de introducir también un transgén en la población que activaría cas9 en diferentes momentos y en diferentes lugares durante el desarrollo del esperma, el óvulo y el embrión, el equipo crió animales para ver si podían producir animales blancos, lo que indica que Cas9 había cortado el gen de la tirosinasa , y eso también brillaría en rojo, lo que significa que la tirosinasa  cortada había sido reparada con una copia de su gen diseñado.

El único escenario en el que el gen manipulado se copió con una frecuencia superior al 50 por ciento, en el mejor de los casos, alrededor del 72 por ciento fue cuando Cas9 se activó durante el desarrollo del óvulo en ratones hembra. La activación de Cas9 durante la embriogénesis temprana o durante el desarrollo del esperma en los machos no condujo a una reparación dirigida por homología, sino que resultó en gran medida en inserciones o deleciones en los sitios objetivo de Cas9.

Los autores, que publicaron su trabajo como preimpresión en 2018, presentan la estrategia como una herramienta que, al seguir los pasos de la conducción genética varias veces, permitiría a los científicos generar animales de manera más eficiente con múltiples transgenes. Tienen toda la razón en su predicción de que esto sería una mejora significativa en el sentido de que se necesitarían muchos menos animales en comparación con las técnicas genéticas existentes, explica Whitelaw. También sienta las bases para desarrollar impulsores genéticos en mamíferos salvajes que son plagas, agrega. Es un artículo importante.

Ver Disminución de plagas

Los científicos han propuesto impulsores genéticos para el control de plagas porque permitirían la rápida propagación de genes nocivos o letales en una población. La tragedia es que esto no funciona en los machos, en contraste con lo que se ha modelado y observado previamente en los insectos, dice Michael Wade, biólogo de la Universidad de Indiana en Bloomington, que no participó en el estudio. La mayoría de las veces, cuando la gente habla de [gene drives] en el mundo de los insectos como un mecanismo de transformación de la población o como un mecanismo de supresión de la población, están hablando de liberar un gran número de machos. . . y todos sus descendientes caen muertos porque están convirtiendo un gen normal en un homocigoto letal. No puedes hacer una liberación de machos si en la descendencia de los machos no ves las consecuencias, dice. Por lo tanto, la mayor parte del uso de este tipo de maquinaria será desarmar el desarrollo y estudiar enfermedades raras causadas por una constelación de mutantes homocigotos inusuales, dice Wade.

Cooper y su equipo ya están aplicando la tecnología a cuestiones de desarrollo y evolución de las extremidades en el jerbo de tres dedos, un pariente del ratón que salta sobre dos patas traseras gigantes, en lugar de caminar a cuatro patas, mediante la generación de ratones transgénicos que expresan genes de jerbo. Pero este enfoque que le permitiría combinar múltiples cambios [genéticos] sería realmente útil. . . para hacer ratones para la investigación biomédica y para el diseño de fármacos, así como para responder a otras preguntas sobre la evolución, dice.

Con este fin, están refinando el tiempo de producción de Cas9 en ratones hembra e investigando si es mayor la eficiencia podría resolver el problema de la falta de reparación dirigida por homología en los machos. Esta es la primera prueba de que esto es posible, pero no fue perfecto, por lo que queremos mejorarlo, dice Cooper.

HA Grunwald et al., Herencia supermendeliana mediada por CRISPRCas9 en la línea germinal del ratón hembra, Nature, doi:10.1038/s41586-019-0875-2 , 2019.

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