Gene targeting

Na Galipedia, a Wikipedia en galego.
Un rato quimera que foi sometido ao gene targeting para a o xene da cor agouti, coa súa descendencia.

A técnica do gene targeting (tamén chamada estratexia de substitución baseada na recombinación homóloga) é unha técnica xenética que utiliza a recombinación homóloga para cambiar un xene endóxeno. O método pode utilizarse para eliminar un xene (deleción dun xene), eliminar exóns, engadir un xene, e introducir mutacións puntuais. Este termo utilízase maioritariamente na literatura así tal como se di en inglés e significa modificacións xenéticas dirixidas a un xene determinado (targeting é seleccionar ou apuntar a un obxectivo).

O gene targeting pode ser permanente ou condicional. As condicións poden ser específicas dun determinada momento do desenvolvemento ou vida do organismo ou limitadas a un tecido específico do corpo, por exemplo. A técnica require a creación dun vector específico para cada xene que interese, pero pode ser utilizada para calquera xene, sen importar a súa actividade transcricional ou tamaño.

Mario R. Capecchi, Martin J. Evans e Oliver Smithies foron galardoados co Premio Nobel de Medicina de 2007 polos seus traballos sobre os "principios para introducir modificacións en xenes específicos en ratos utilizando células nais embrionais", ou gene targeting.[1]

Métodos[editar | editar a fonte]

Os métodos desta técnica foron establecidos para varios organismos modelo e poden variar dependendo da especie utilizada. En xeral, xérase en bacterias un constructo de targeting feito de ADN, que contén xeralmente parte do xene ao que vai ir dirixido, xunto cun xene reporteiro, e un marcador seleccionable (dominante).

Para aplicar o gene targeting a xenes do rato, este constructo insírese despois en células nais embrionarias de rato en cultivo. Despois, selecciónanse as células que teñen a inserción correcta, que poden ser utilizadas para contribuír a formar un tecido do rato por medio dunha inxección no embrión. Finalmente, selecciónanse os ratos quimera nos que as células modificadas orixinaron os órganos reprodutores por medio de cruzamentos entre os animais. Unha vez conseguido iso, todo o corpo do rato está baseado no xenoma das células nais embrionarias previamente seleccionadas.

Para aplicar o gene targeting a xenes do brión Physcomitrella patens, este construto incúbase xunto con protoplastos acabados de illar e con polietilén glicol. Todos os gametófitos de brións son organismos haploides,[2] e a formación dos filamentos da planta chamados protonemas pode ser estudada directamente por medio do gene targeting, aplicando un tratamento con antibióticos ou por PCR. Esta é a única planta en que se aplicou este procedemento de xenética inversa, que é tan eficiente coma en lévedos.[3] Utilizando modificacións destes procedementos, o gene targeting foi tamén aplicado con éxito en vacas, ovellas, porcos e moitos fungos.

A frecuencia do gene targeting pode ser aumentada significativamente utilizando endonucleases obtidas por enxeñaría como nucleases dedos de cinc,[4] endonucleases homing,[5] e nucleases baseadas en efectores TAL obtidos por enxeñaría.[6] Ata agora, este método con nucleases foi aplicado a varias especies, como a mosca Drosophila melanogaster,[4] o tabaco[7] ,[8] millo,[9] células humanas,[10] ratos,[11] e ratas.[11]

Comparación co gene trapping[editar | editar a fonte]

O gene trapping está baseado na inserción aleatoria dun casete xénico mentres que o gene targeting está dirixido a un xene específico. Os casetes do gene trapping constan dun xene reporteiro sen prromotor e/ou un marcador xenético seleccionable flanqueado por un sitio de empalme 3' augas arriba (aceptor de empalme ou splice acceptor, SA) e unha secuencia de terminación transcricional augas abaixo (secuencia de poliadenilación). Estes casetes poden utilizarse para moitas cousas en bioloxía molecular, mentres que as rexións homólogas flanqueantes dos casetes do gene targeting necesitan ser adaptados para cada xene. Isto fai que o gene trapping sexa máis axeitado para proxectos a grande escala que o gene targeting. Por outra parte, o gene targeting pode utilizarse para xenes con baixo nivel de transcrición que non serían detectados aplicando o gene trapping. Ademais, a probabilidade do trapping increméntase co tamaño dos intróns. Para o gene targeting estes xenes compactos poden ser alterados con similar facilidade.

Aplicacións[editar | editar a fonte]

O gene targeting foi moi utilizado para o estudo de enfermidades xenéticas humanas ao eliminar ("knocking out"), ou engadir ("knocking in"), mutacións específicas de interese a diversos modelos. Previamente fora utilizado para modelos de células de rato en enxeñaría xenética, pero os avances nas tecnoloxías do gene targeting están permitindo actualmente a creación dunha nova onda de modelos de enfermidades humanas isoxénicos. Estes son os modelos máis exactos in vitro dos que dispoñen os investigadores actualmente, e están facilitando o desenvolvemento de novas drogas personalizadas e de métodos diagnósticos, especialmente no campo do cancro.[12]

Notas[editar | editar a fonte]

  1. "Press Release: The 2007 Nobel Prize in Physiology or Medicine". Consultado o 2007-10-08. 
  2. Ralf Reski (1998): Development, genetics and molecular biology of mosses. Botanica Acta 111, 1-15.
  3. Ralf Reski (1998): Physcomitrella and Arabidopsis: the David and Goliath of reverse genetics. Trends Plant in Science 3, 209-210. [1]
  4. 4,0 4,1 Bibikova, M.; Beumer, K.; Trautman, J.; Carroll, D. (2003). "Enhancing Gene Targeting with Designed Zinc Finger Nucleases". Science 300 (5620): 764. doi:10.1126/science.1079512. PMID 12730594.
  5. Grizot, S.; Smith, J.; Daboussi, F.; Prieto, J.; Redondo, P.; Merino, N.; Villate, M.; Thomas, S.; Lemaire, L.; Montoya, G.; Blanco, F. J.; Pâques, F.; Duchateau, P. (2009). "Efficient targeting of a SCID gene by an engineered single-chain homing endonuclease". Nucleic Acids Research 37 (16): 5405–5419. doi:10.1093/nar/gkp548. PMC 2760784. PMID 19584299.
  6. Miller, J. C.; Tan, S.; Qiao, G.; Barlow, K. A.; Wang, J.; Xia, D. F.; Meng, X.; Paschon, D. E.; Leung, E.; Hinkley, S. J.; Dulay, G. P.; Hua, K. L.; Ankoudinova, I.; Cost, G. J.; Urnov, F. D.; Zhang, H. S.; Holmes, M. C.; Zhang, L.; Gregory, P. D.; Rebar, E. J. (2010). "A TALE nuclease architecture for efficient genome editing". Nature Biotechnology 29 (2): 143–148. doi:10.1038/nbt.1755. PMID 21179091.
  7. Cai, C. Q.; Doyon, Y.; Ainley, W. M.; Miller, J. C.; Dekelver, R. C.; Moehle, E. A.; Rock, J. M.; Lee, Y. L.; Garrison, R.; Schulenberg, L.; Blue, R.; Worden, A.; Baker, L.; Faraji, F.; Zhang, L.; Holmes, M. C.; Rebar, E. J.; Collingwood, T. N.; Rubin-Wilson, B.; Gregory, P. D.; Urnov, F. D.; Petolino, J. F. (2008). "Targeted transgene integration in plant cells using designed zinc finger nucleases". Plant Molecular Biology 69 (6): 699–709. doi:10.1007/s11103-008-9449-7. ISSN 0167-4412. PMID 19112554.
  8. Townsend, J. A.; Wright, D. A.; Winfrey, R. J.; Fu, F.; Maeder, M. L.; Joung, J. K.; Voytas, D. F. (2009). "High-frequency modification of plant genes using engineered zinc-finger nucleases". Nature 459 (7245): 442–445. Bibcode:2009Natur.459..442T. doi:10.1038/nature07845. PMC 2743854. PMID 19404258.
  9. Shukla, V. K.; Doyon, Y.; Miller, J. C.; Dekelver, R. C.; Moehle, E. A.; Worden, S. E.; Mitchell, J. C.; Arnold, N. L.; Gopalan, S.; Meng, X.; Choi, V. M.; Rock, J. M.; Wu, Y. Y.; Katibah, G. E.; Zhifang, G.; McCaskill, D.; Simpson, M. A.; Blakeslee, B.; Greenwalt, S. A.; Butler, H. J.; Hinkley, S. J.; Zhang, L.; Rebar, E. J.; Gregory, P. D.; Urnov, F. D. (2009). "Precise genome modification in the crop species Zea mays using zinc-finger nucleases". Nature 459 (7245): 437–441. Bibcode:2009Natur.459..437S. doi:10.1038/nature07992. PMID 19404259.
  10. Urnov, F. D.; Miller, J. C.; Lee, Y. L.; Beausejour, C. M.; Rock, J. M.; Augustus, S.; Jamieson, A. C.; Porteus, M. H.; Gregory, P. D.; Holmes, M. C. (2005). "Highly efficient endogenous human gene correction using designed zinc-finger nucleases". Nature 435 (7042): 646–651. Bibcode:2005Natur.435..646U. doi:10.1038/nature03556. PMID 15806097.
  11. 11,0 11,1 Cui, X.; Ji, D.; Fisher, D. A.; Wu, Y.; Briner, D. M.; Weinstein, E. J. (2010). "Targeted integration in rat and mouse embryos with zinc-finger nucleases". Nature Biotechnology 29 (1): 64. doi:10.1038/nbt.1731. PMID 21151125.
  12. A Panel of Isogenic Human Cancer Cells Suggests a Therapeutic Approach for Cancers with Inactivated p53 Proc Natl Acad Sci U S A Printed online at www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.0813333106

Véxase tamén[editar | editar a fonte]

Outros artigos[editar | editar a fonte]

Ligazóns externas[editar | editar a fonte]