Actualizado 08/07/2022 10:48

Diseñan ADN sintético para estudiar cómo las células aprenden su ubicación en el cuerpo

Archivo - Cadena de ADN
Archivo - Cadena de ADN - DEN STORE DANSKE - Archivo

MADRID, 8 Jul. (EUROPA PRESS) -

Investigadores de la Universidad de Nueva York han creado genes Hox artificiales, que planifican y dirigen dónde van las células para desarrollar tejidos u órganos, utilizando una nueva tecnología de ADN sintético e ingeniería genómica en células madre.

Sus hallazgos, publicados en la revista 'Science', confirman cómo los grupos de genes Hox ayudan a las células a aprender y recordar dónde están en el cuerpo.

Casi todos los animales, desde los seres humanos hasta las aves y los peces, tienen un eje anteroposterior, es decir, una línea que va de la cabeza a la cola. Durante el desarrollo, los genes Hox actúan como arquitectos, determinando el plan de dónde van las células a lo largo del eje, así como qué partes del cuerpo forman. Los genes Hox garantizan que los órganos y tejidos se desarrollen en el lugar correcto, 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, lo que interviene en algunos cánceres, defectos de nacimiento y abortos.

"No creo que podamos entender el desarrollo o la enfermedad sin entender los genes Hox", comenta Esteban Mazzoni, profesor asociado de biología en la NYU y coautor del estudio.

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 y sin otros genes a su alrededor (lo que los científicos llaman un "desierto de genes"). 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.

"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 --reconoce 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".

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, 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, que también es profesor de bioquímica y farmacología molecular en la NYU Grossman y es el coautor principal del estudio.

Con el ADN Hox artificial 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.

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.

"Las distintas especies tienen estructuras y formas diferentes, lo que depende en gran medida de cómo se expresan los grupos Hox. Por ejemplo, una serpiente tiene un tórax largo sin extremidades, mientras que una raya no tiene tórax y sólo tiene extremidades. Una mejor comprensión de los grupos Hox puede ayudarnos a entender cómo estos sistemas se adaptan y modifican para hacer animales diferentes", subraya Mazzoni.

"En términos más generales, esta tecnología de ADN sintético, para la que hemos construido una especie de fábrica, será útil para estudiar enfermedades que son genómicamente complicadas y ahora tenemos un método para producir modelos mucho más precisos para ellas", concluye Boeke.