Científicos diseñan ADN sintético para estudiar genes ‘arquitectos’

Investigadores de la Universidad de Nueva York han creado Hox genes, que planifican y dirigen las células hacia el desarrollo de tejidos u órganos, utilizando nueva tecnología de ADN sintético e ingeniería genómica en células madre.

Sus hallazgos, publicados en La cienciaconfirmar cómo los grupos de Hox Génova ayudar a las células a aprender y recordar dónde están en el cuerpo.

Hox Los genes como arquitectos del cuerpo.

Casi todos los animales, desde los humanos hasta las aves y los peces, tienen un eje anterior-posterior, o una línea que va desde la cabeza hasta la cola. Durante el desarrollo, los genes Hox actúan como arquitectos, determinando el plano desde el cual las células recorren el eje, así como las partes del cuerpo que componen. Hox los genes aseguran que los órganos y tejidos crezcan en el lugar correcto, formando el tórax o colocando las alas en las posiciones anatómicas correctas.

Ya sea Hox los genes fallan debido a una mala regulación o mutación, las células pueden perderse, lo que desempeña un papel en algunos tipos de cáncer, defectos de nacimientoy abortos espontáneos.

“No creo que podamos entender el desarrollo o la enfermedad sin entender Hox genes”, dijo Esteban Mazzoni, profesor asociado de biología en la NYU y coautor principal del estudio.

A pesar de su importancia en el desarrollo, Hox Los genes son difíciles de estudiar. Están estrechamente organizados en grupos, con sólo Hox genes en el trozo de ADN donde están y ningún otro gen a su alrededor (lo que los científicos llaman un “desierto de genes”). Y aunque muchas partes del genoma tienen elementos que se repiten, Hox los grupos no tienen tales repeticiones. Estos factores los hacen únicos pero difíciles de estudiar con la edición de genes convencional sin afectar a los vecinos. Hox Génova.

Empezar de nuevo con ADN sintético

¿Podrían los científicos crear Hox genes para estudiarlos mejor, en lugar de depender de la edición de genes?

“Somos muy buenos leyendo el genoma o secuenciando el ADN. Y gracias a CRISPR, podemos hacer pequeños cambios en el genoma. Pero todavía no somos buenos escribiendo desde cero”, explicó Mazzoni. “Escribir o construir nuevas piezas del genoma podría ayudarnos a probar la suficiencia; en este caso, descubrir cuál es la unidad más pequeña del genoma que se necesita 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 NYU, conocido por su trabajo de síntesis del genoma de una levadura sintética. El laboratorio de Boeke buscó traducir esta tecnología en células mamíferas.

El estudiante graduado Sudarshan Pinlay del laboratorio de Boeke hizo largas hebras de ADN sintético copiando el ADN del Hox genes de rata Luego, los investigadores entregaron el ADN a un lugar específico en células madre pluripotentes de raton El uso de las diferentes especies permitió a los investigadores distinguir entre el ADN sintético de rata y las células naturales de ratón.

“El Dr. Richard Feynman dijo: ‘Lo que no puedo crear, no lo entiendo’. Ahora estamos un paso gigante más cerca de entender Hoxdijo Boeke, quien también es profesor de bioquímica y farmacología molecular en NYU Grossman y coautor principal del estudio.

Estudiando Hox grupos

con lo artificial Hox ADN en ratones Células madrelos investigadores ahora podrían explorar cómo Hox los genes ayudan a las células a aprender y recordar dónde están. En mamíferos, Hox Los cúmulos están rodeados de regiones reguladoras que controlan Hox los genes se activan. No sabíamos si el banda Se necesitaba solo o el grupo más otros elementos para que las células aprendieran y recordaran dónde estaban.

Los investigadores encontraron que estos grupos densos en genes por sí solos contienen toda la información necesaria para células decodificar una señal de posición y recordarla. Esto sugiere que la naturaleza compacta de Hox los clústeres son lo que ayuda células aprender su ubicación, lo que confirma una hipótesis de larga data sobre Hox genes que antes eran difíciles de probar.

La creación de ADN sintético y artificial. Hox genes allana el camino para futuras investigaciones sobre el desarrollo animal y las enfermedades humanas.

“Diferentes especies tienen diferentes estructuras y formas, muchas de las cuales dependen de cómo Hox se lanzan los racimos. Por ejemplo, una serpiente es un tórax largo sin extremidades, mientras que una raya no tiene tórax y solo extremidades. Una mejor comprensión de Hox los grupos pueden ayudarnos a comprender cómo estos sistemas se adaptan y modifican para crear diferentes animales”, dijo Mazzoni.

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