Investigadores fusionan cromosomas de ratón en Scientific First
ARRIBA: Un cariotipo haploide de ratón recién creado generado al ligar los cromosomas 4 (verde) y 5 (rojo) Li-Bin Wang
Por primera vez, Los investigadores han fusionado dos cromosomas de ratón juntos in vitro, dando como resultado ratones vivos con nuevos cariotipos. La nueva técnica, detallada en un estudio publicado hoy (25 de agosto) en Science, puede ayudar a estudiar la evolución cromosómica y también puede ayudar a la investigación sobre los efectos perjudiciales para la salud de las fusiones cromosómicas en humanos, dicen los expertos.
[Los investigadores] ahora tienen este hermoso conjunto de herramientas. . . pueden hacer mucha ingeniería CRISPR realmente inteligente, le dice a The Scientist Harmit Malik, un biólogo evolutivo del Fred Hutchinson Cancer Center en Seattle que no participó en el estudio. Es un tour de force. . . muchas de las preguntas que pensábamos que no eran posibles de abordar de una manera genéticamente manejable ahora son completamente manejables genéticamente.
Ver: Cómo el caos en los cromosomas ayuda a impulsar la propagación del cáncer
La mayoría de las especies tienen un número fijo de cromosomas, las estructuras filiformes estrechamente enrolladas que organizan y segregan el ADN de una célula durante la división celular. A lo largo de la historia evolutiva de muchos organismos, los cromosomas pueden haberse dividido y fusionado, causando profundos cambios fisiológicos y de comportamiento. Estos cambios pueden incluso ser un importante impulsor de la especiación, pero los científicos carecen de evidencia directa para esta hipótesis, ya que solo han podido observar este fenómeno en la naturaleza.
Las fusiones cromosómicas también son comunes en el cáncer y se han relacionado a problemas de salud, incluida la infertilidad, la aneuploidía y las enfermedades infantiles. Por lo tanto, los investigadores han buscado durante mucho tiempo la capacidad de manipular con precisión los cromosomas en organismos modelo, especialmente en los mamíferos, con la esperanza de investigar las fusiones desde las perspectivas médica y evolutiva.
Ver: Creación de cromosomas artificiales optimizada
Para fusionar cromosomas en ratones, los investigadores utilizaron una tecnología que desarrollaron por primera vez en levadura: brevemente, inyectaron células madre embrionarias de ratón haploides amigas (haESC) modificadas con un sistema CRISPR-Cas9 que apunta y elimina telómeros y centrómeros en dos cromosomas Como resultado, los cromosomas objetivo se unieron entre sí.
En total, los investigadores crearon tres líneas de fusión diferentes. Para dos de ellos, los investigadores fusionaron los dos cromosomas de ratón más largos (Chr1 y Chr2), pero en una fusión, el segundo cromosoma se volteó al revés (Chr2+1), en lugar de al derecho (Chr1+2 ) y por alguna razón, en este último, parte del cromosoma 1 se separó para unirse al cromosoma 17, por lo que el cromosoma fusionado era un poco más pequeño. También ligaron los cromosomas cuatro y cinco (Chr4+5) para crear un lote separado de haESC.
Las tres líneas de haESC podían dividirse y crecer, aunque el equipo luchó por mantener la haploidía en las células Chr2+1. . Las células tenían una tendencia a volverse polipoidales, lo que probablemente ocurrió porque los cromosomas no se dividieron correctamente en algunas de estas células, por lo que algunas terminaron con más después de la mitosis. Esto indicó a los investigadores que podría haber un límite en el tamaño de los cromosomas en ratones antes de que comiencen a ocurrir errores de clasificación.
Luego intentaron crear ratones con estos nuevos cariotipos haploides inyectando un cromosoma fusionado haESC en un ovocito de tipo salvaje. Pero había un problema: las células imprimían, lo que significaba que los genes maternos se silenciaban epigenéticamente después de la fertilización. La impronta puede hacer que los embriones crezcan demasiado rápido y agoten los recursos de la madre, por lo que los investigadores eliminaron tres genes de impronta en las haESC y resolvieron el problema. Malik dice que ahora que los investigadores han superado el fenómeno de la impronta, el mundo es su ostra en lo que respecta a la ingeniería genética.
Ratón con cromosomas fusionados (4 y 5) Qiang Wang
John Postlethwait, biólogo evolutivo de la Universidad de Oregón, que no participó en el trabajo, escribe en un correo electrónico a The Scientist que le sorprende que sea posible cultivar células haploides de mamíferos en cultivo, golpear sus genomas con Crisprs y luego inyectar la célula haploide en un óvulo no fertilizado y criar un ratón bebé. Eso es asombroso.
Los ratones con cromosomas fusionados exhibieron algunas consecuencias perjudiciales de sus modificaciones genéticas. Los ratones Ch2+1 no se desarrollaron en absoluto, mientras que los ratones Chr1+2 crecieron hasta la edad adulta pero eran infértiles. Los ratones Chr1+2 también crecieron mucho más rápido que los ratones normales y mostraron un alto nivel de ansiedad en una prueba de campo abierto para la ansiedad, escribe el coautor del estudio Libin Wang, biólogo sintético de la Academia de Ciencias de China, en un correo electrónico a El Científico. El equipo atribuye estos efectos fenotípicos a cambios en la expresión del gen Capn11, un gen que codifica una proteína que se cree que es importante para la espermatogénesis, que fue menor en los ratones Ch1+2 que en los ratones normales. Aunque el cambio de la información genética fue limitado, la fusión de los cromosomas animales podría tener efectos fenotípicos profundos, escribe Wang.
Los ratones Chr4+5, por otro lado, podrían producir descendencia y aparearse con ratones normales. Pero cuando lo hicieron, el tamaño de sus camadas era pequeño, lo que indica que pueden haber sufrido una clasificación cromosómica anormal durante la meiosis, dice Wang.
Malik dice que su propio interés está en la meiosis, especialmente en cómo ciertas fusiones cromosómicas dan algunos óvulos una ventaja competitiva sobre otros. Él dice que los científicos ahora podrían estudiar este fenómeno de manera controlada y determinar qué fusiones tienen más probabilidades de transferirse a la próxima generación en ratones. También dice que este conjunto de herramientas también será útil para los investigadores del cáncer, que ahora pueden modelar repentinamente los reordenamientos bastante dramáticos del genoma que ocurren en las células cancerosas.
Postlethwait escribe que el estudio es un audaz intentar rediseñar los cromosomas de vertebrados y que también podría ayudar a probar varias teorías sobre cómo evolucionaron los cromosomas. Postlethwait ha trabajado con peces antárticos, que presumiblemente tienen muchos cromosomas fusionados, por lo que dice que está especialmente interesado en ver investigaciones sobre las fusiones de cromosomas en los peces. Él dice que el nuevo estudio permitirá a los investigadores comprender las preguntas evolutivas [sobre] los límites y las presiones selectivas que causan. . . fusiones cromosómicas.
Corrección (26 de agosto): Este artículo se modificó para reflejar el nombre correcto de Fred Hutchinson Cancer Center. El científico lamenta el error.
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