Nuevos ratones en el bloque

Ratones cruzados colaborativos DEPARTAMENTOS DE GENÉTICA E INFORMÁTICA DE LA UNC

Al principio, los ratones eran pocos y distantes entre sí. En 2001, mientras tomaban unas cervezas en una conferencia, un grupo de genetistas soñó con el recurso ideal para la genética de sistemas: una población de ratones rebosante de diversidad genética, mucho más que las cepas de laboratorio endogámicas tradicionales. Tal recurso modelaría mejor la diversidad humana y la enfermedad en el laboratorio, supusieron. Pero nadie estaba dispuesto a proporcionar los 50 millones de dólares que estimaban que costaría, por lo que Gary Churchill del Laboratorio Jackson en Bar Harbor, Maine, comenzó a criar ratones, solo y sin financiación, en su laboratorio.

Pronto, Churchill tuvo suficientes ratones para enviar a sus colaboradores en Tennessee, Kenia y Australia, quienes también comenzaron el proceso de reproducción. Gracias a ese dedicado grupo de científicos, nació Collaborative Cross (CC): una población criada a partir de 8 cepas fundadoras de ratones, incluidas 3 cepas de tipo salvaje, para…

Hoy, el proyecto finalmente ha encontrado un hogar en la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill (UNC-CH), donde se completan o están en desarrollo más de 450 cepas CC resultantes. Cada cepa ha sido completamente genotipada y el recurso ahora está listo, dicen sus creadores, para ayudar a los científicos a desentrañar la genética detrás de rasgos complejos como el cáncer, el envejecimiento, la fertilidad y más.

La semana pasada, las primeras publicaciones utilizando los ratones CC golpeó la prensa. Dos revistas, Genetics y G3: Genes/Genomes/Genetics, publicaron una serie de 15 artículos que demuestran cómo los ratones CC y un recurso complementario llamado Diversity Outbred (DO) son ratones poner en uso. Simultáneamente, UNC-CH lanzó un sitio web donde los científicos pueden ordenar los ratones y descargar sus genotipos.

El problema de los rasgos complejos es difícil. ¿Cómo se resuelve la diabetes o se descubre cómo funciona la enfermedad cardíaca? dijo Lauren McIntyre, genetista de la Universidad de Florida y editora sénior de Genetics, que no participó en la creación del CC. Tener un recurso que refleje mejor la complejidad humana y nos acerque, más rápido, a algunas de las soluciones es una gran cosa.

La mayoría de los recursos que teníamos para la genética de mamíferos no tenían suficiente variación genética o [esa variación] no se distribuyó uniformemente, dijo Fernando Pardo-Manuel de Villena, quien dirige el proyecto CC en la UNC-CH. Cada gen del genoma del ratón en el Collaborative Cross tiene al menos dos formas diferentes. Eso es extremadamente poderoso.

Listos, listos, cruzados

Uno de los primeros en adoptar el CC fue Francis Collins, director de los Institutos Nacionales de Salud. En la edición de este mes de G3, Collins y sus colegas utilizan ratones CC para investigar diversas características de la sangre, incluidos los recuentos de glóbulos rojos y blancos y la concentración de hemoglobina, características que han sido de interés durante mucho tiempo para los investigadores que estudian la sangre roja severa. enfermedades celulares como la enfermedad de células falciformes y la anemia. La genética de estos rasgos no está inexplorada: se han identificado previamente numerosos loci genéticos asociados con la hemoglobina y las células sanguíneas, dijo Samir Kelada, un postdoctorado en el laboratorio de Collins. Pero al estudiarlas en esta nueva población, la idea era que tal vez haya más que aprender, así que veamos qué podemos encontrar.

El equipo analizó las 8 cepas CC fundadoras y 131 cepas adicionales para mapear loci asociado con el volumen de glóbulos rojos, el recuento de glóbulos blancos, el porcentaje de linfocitos y el número de monocitos. Los ratones mostraron una gama impresionante de fenotipos para estos parámetros, dijo Kelada, incluidos fenotipos entre los observados en las 8 cepas fundadoras.

Usando los ratones, los investigadores identificaron dos loci previamente informados para el volumen de glóbulos rojos e identificó un nuevo locus para cada uno de los otros tres rasgos. Kelada atribuye el éxito del proyecto no solo a la diversidad de los genomas CC, sino también a cómo se distribuye esa diversidad en el genoma. La forma en que diseñaron los ratones dio como resultado una distribución equitativa y diversidad en todo el genoma, dijo Kelada. No solo está agrupado en una región del genoma, sino que se distribuye uniformemente. Hace que la probabilidad de encontrar [genes] sea mayor.

Modelando la gripe

En un segundo estudio G3 , Shannon McWeeney y colegas de Oregon Health & La Universidad de Ciencias utilizó cepas de 44 CC para estudiar la base genética de la respuesta del huésped a la infección por gripe. El conocimiento de cómo y por qué las personas responden de manera diferente a la infección es fundamental para el desarrollo de vacunas, dijo McWeeny.

Cada cepa estaba infectada con el virus de la influenza A, y el equipo observó una variedad de reacciones extremas al virus, desde personas sanas desde ratones asintomáticos hasta animales flacos con daño pulmonar. Por el contrario, todos los ratones de laboratorio endogámicos estándar infectados con influenza A responden de la misma manera según su cepa, como niveles uniformes de pérdida de peso, dijo McWeeney. El CC fue fundamental para nosotros porque tenía una variación en la respuesta inmunitaria similar a los niveles que se verían en una población humana, dijo.

A través del perfil de expresión génica, el equipo identificó 2671 transcripciones de genes que se expresaron de manera diferencial entre ratones. que mostraron una respuesta severa y aquellos con una respuesta leve a la infección. De las transcripciones que se asociaron con el fenotipo, 21 loci parecían regular directamente la respuesta del huésped a la infección. Luego, el equipo construyó un modelo de cómo podrían interactuar esos 21 genes, que ahora planean probar y refinar. Este estudio es un primer paso, dijo McWeeney, quien planea continuar trabajando en ratones CC en el futuro.

Fuera de la influenza, el experimento proporciona un marco que se puede aplicar a otras enfermedades infecciosas y rasgos complejos que tienen una diversa gama de fenotipos, agregó. Realmente nunca antes habíamos intentado algo así, [y] resultó ser un éxito increíble.

Se utiliza un esquema único de cultivo en embudo para derivar cada cepa CC DEPARTAMENTOS DE GENÉTICA E INFORMÁTICA DE LA UNC

Mighty mice

Los otros 13 estudios publicados en Genetics y G3 incluyen una perspectiva de los últimos 10 años del CC, un detallado análisis de la arquitectura del genoma de las poblaciones, numerosos artículos que exploran metodologías para criar y analizar ratones, y la identificación de genes que influyen en el colesterol, la presión arterial y la reacción del cerebro a la clozapina, un fármaco para la esquizofrenia.

El recurso aún se enfrenta a obstáculos, por supuesto. Analizar los datos genómicos de decenas o cientos de cepas de ratones en un solo experimento no es fácil, dijo Churchill, y es de esperar que evolucionen nuevos métodos de análisis a medida que los investigadores utilicen los ratones. Además, el proyecto carece de una base de datos para almacenar y compartir datos fenotípicos sobre los ratones. El laboratorio de Churchill ya está intentando superar ese desafío, comenzando con un extenso fenotipado de las 8 cepas fundadoras.

Pero a medida que más investigadores comiencen a usar los ratones, mejor será el recurso. Además de la investigación representada por las publicaciones actuales, numerosos científicos han presentado subvenciones a los NIH para proyectos que utilizan las cepas CC, dijo Churchill, y han comenzado a llegar pedidos para los ratones CC y DO. La gente va a usar [los ratones CC] para todo tipo de fenotipos, dijo Kelada. Vamos a ver una gran cantidad de investigaciones que exploran no solo la biología sino también la metodología del uso de estos ratones.

Los investigadores que compran ratones CC o DO pagan solo una pequeña tarifa para mantener las instalaciones de reproducción, y la información del genotipo es libre. El recurso podría cambiar el paradigma de la biología de sistemas, dijo McIntyre. La gente puede hacer cosas en las que ni siquiera había pensado antes, agregó. Cambiará la forma en que las personas visualizan los estudios [mouse].

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