tecnología CRISPR

Investigadores crean un mapa que relaciona cada gen humano con su función

El estudio publicado en la revista 'Cell', muestra esta nueva función de la tecnología CRISPR y el método de secuenciación unicelular Perturb-seq.

ADN (Foto. Freepik)
ADN (Foto. Freepik)

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16.07.2022 - 00:15

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Un grupo de investigadores del Instituto Whitehead, en Estados Unidos, ha utilizado la tecnología CRISPR para crear un mapa que relaciona cada gen humano con su función.

El investigador Jonathan Weissman, profesor de biología en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) e investigador del Instituto Médico Howard Hughes, ha presentado este mapa funcional completo de los genes que se expresan en las células humanas.[banner-DFP_1]

"Es un gran recurso, como lo es el genoma humano, en el sentido de que se puede entrar y hacer una investigación basada en el descubrimiento, también. En lugar de definir de antemano qué biología se va a estudiar, se tiene este mapa de las relaciones genotipo-fenotipo y se puede entrar y examinar la base de datos sin tener que hacer ningún experimento", explica Weissman.

Los investigadores utilizaron el cribado para explorar los efectos celulares de genes con funciones desconocidas, para la investigación de la respuesta de las mitocondrias al estrés y para buscar genes que provocan la pérdida o ganancia de cromosomas. "Creo que este conjunto de datos va a permitir todo tipo de análisis que aún no se nos han ocurrido a personas que vienen de otras partes de la biología y que, de repente, tienen esto a su disposición", apunta el coautor del artículo, Tom Norman, coautor del artículo.

"En lugar de definir de antemano qué biología se va a estudiar, se tiene este mapa de las relaciones genotipo-fenotipo y se puede entrar y examinar la base de datos sin tener que hacer ningún experimento"

Este proyecto aprovecha el enfoque Perturb-seq, que permite el seguimiento del impacto de la activación o desactivación de los genes. Aunque ya se había utilizado en estudios previos, pero solo en pequeños conjuntos de genes y con gran coste.[banner-DFP_4]

Método Perturb-seq

El método Perturb-seq utiliza la edición genómica CRISPR/Cas9 para introducir cambios genéticos en las células y, a continuación, utiliza la secuenciación de ARN unicelular para capturar información sobre los ARN que se expresan como resultado de un determinado cambio genético. Para conseguir la ampliación del método a todo el genoma, utilizaron líneas celulares de cáncer de sangre humano y células no cancerosas derivadas de la retina. Llevaron a cabo Perturb-seq en más de 2,5 millones de células, y utilizaron los datos para construir un mapa completo que vincula los genotipos con los fenotipos.

“La ventaja de Perturb-seq es que permite obtener un gran conjunto de datos de forma imparcial. Nadie sabe del todo cuáles son los límites de lo que se puede obtener de ese tipo de conjunto de datos. Ahora, la cuestión es qué se puede hacer con él", afirma Tom Norman.

Como la pantalla también leía los fenotipos de muchos genes conocidos, los investigadores podían utilizar los datos para comparar los genes desconocidos con los conocidos y buscar resultados transcripcionales similares, esto podría sugerir que los productos de los genes trabajaban juntos como parte de un complejo mayor. La mutación del gen C7orf26 destacó en particular, ya que, pudieron observar que los genes cuya eliminación daba lugar a un fenotipo similar formaban parte de un complejo proteico llamado Integrador que desempeñaba un papel en la creación de pequeños ARN nucleares.

"Hemos realizado el primer cribado de todo el genoma en busca de factores necesarios para la correcta segregación del ADN"

Los investigadores descubrieron que un subconjunto de genes cuya eliminación daba lugar a resultados diferentes de una célula a otra era responsable de la segregación cromosómica. Su eliminación hacía que las células perdieran un cromosoma o recogieran uno de más, una condición conocida como aneuploidía.

"No se podía predecir cuál era la respuesta transcripcional a la pérdida de este gen porque dependía del efecto secundario del cromosoma que se ganaba o perdía. Nos dimos cuenta de que podíamos darle la vuelta y crear este fenotipo compuesto buscando las firmas de los cromosomas que se ganan y se pierden. De este modo, hemos realizado el primer cribado de todo el genoma en busca de factores necesarios para la correcta segregación del ADN", comenta Weissman.

Respuesta de mitocondrias

Los investigadores estudiaron la respuesta de las mitocondrias al estrés, entre los resultados encontraron que las mitocondrias que evolucionaron a partir de bacterias de vida libre, llevan 13 genes en sus genomas. Dentro del ADN nuclear, unos 1.000 genes están relacionados de algún modo con la función mitocondrial.

"Hace tiempo que nos interesa saber cómo se coordinan y regulan el ADN nuclear y el mitocondrial en diferentes condiciones celulares, especialmente cuando una célula está estresada", explica Joseph Replogle, coprimer autor del artículo.

"Una de las conclusiones generales de nuestro trabajo es que una de las ventajas de tener un genoma mitocondrial separado podría ser tener una regulación genética localizada o muy específica en respuesta a diferentes factores de estrés"

Cuando los investigadores perturbaban los diferentes genes relacionados con la mitocondria, el genoma nuclear respondía de forma similar a muchos cambios genéticos diferentes. Mientras que las respuestas del genoma mitocondrial fueron mucho más variables.

"Todavía está abierta la cuestión de por qué las mitocondrias siguen teniendo su propio ADN. Una de las conclusiones generales de nuestro trabajo es que una de las ventajas de tener un genoma mitocondrial separado podría ser tener una regulación genética localizada o muy específica en respuesta a diferentes factores de estrés", recalca Replogle."Si hay una mitocondria rota y otra rota de forma diferente, esas mitocondrias podrían responder de forma diferente", añade Weissman.

En el futuro, los investigadores comentan que esperan utilizar Perturb-seq en otros tipos de células además de esta línea celular cancerosa con la que empezaron. Para seguir explorando su mapa de funciones genéticas, y que otros hagan lo mismo.

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