Científicos del Instituto de Investigación del Centro Médico Infantil de UT Southwestern (CRI) han desarrollado un sistema innovador para identificar y caracterizar los componentes moleculares que controlan las actividades de las secuencias reguladoras de ADN en el genoma humano.
El genoma, que es el complemento completo del ADN humano, incluidos todos los genes que codifican proteínas, tiene casi 3 mil millones de pares de bases. A pesar de su gran tamaño, solo el 2 por ciento de nuestro genoma codifica proteínas. El otro 98 por ciento está compuesto por regiones no codificantes que regulan dónde y cuándo se activan los genes codificadores de proteínas. Estas regiones no codificantes han sido repetidamente identificadas por la genética humana y los estudios genómicos del cáncer como posibles impulsores de enfermedades humanas como el cáncer.
Es necesario comprender mejor estas regiones reguladoras y los principios subyacentes que guían cuándo se activan y desactivan los genes para descubrir cómo se desarrollan las enfermedades y encontrar nuevos tratamientos. Sin embargo, las herramientas para identificar estas regiones no codificantes y comprender cómo funcionan son limitadas. Requieren la identificación previa de los factores proteicos que regulan estas regiones, dependen de la disponibilidad de reactivos como anticuerpos y, a menudo, necesitan manipulaciones genéticas sofisticadas.
El nuevo sistema, desarrollado por investigadores del laboratorio del Dr. Jian Xu y publicado en el último número de Celúla, está allanando el camino para una mirada en profundidad a estos elementos genéticos reguladores. Este sistema, llamado CAPTURE (CRISPR Affinity Purification in situ of Regulatory Elements), proporciona un enfoque para aislar simultáneamente proteínas asociadas a secuencias genómicas, así como sus interacciones de ARN y ADN.
«La capacidad que nos brinda CAPTURE para aislar y analizar todo el conjunto de factores que regulan nuestro ADN ofrece muchas posibilidades para estudiar cómo las diferentes proteínas controlan la función del genoma en el cáncer y las células madre», dijo el Dr. Xu, autor principal del estudio y asistente. Profesor en CRI de la UTSW y del Departamento de Pediatría. «También abre una vía completamente nueva para encontrar nuevos objetivos farmacológicos».
El método CAPTURE se desarrolló mediante la reutilización del sistema de edición genómica CRISPR, incluida la proteína 9 asociada a CRISPR (Cas9), una enzima guiada por ARN que se une al ADN. CAPTURE funciona utilizando ARN guía para dirigir una versión desactivada de Cas9 (dCas9) a los elementos de ADN que los investigadores quieren estudiar. Luego, dCas9, junto con otras proteínas, ARN y secuencias de ADN asociadas con la posición de dCas9 en el cromosoma (sus loci genómicos), se puede aislar y estudiar. Esto hace posible identificar y caracterizar regiones reguladoras genómicas y sus proteínas asociadas a lo largo del genoma.
Usando CAPTURE, el laboratorio del Dr. Xu identificó con éxito muchas proteínas asociadas a telómeros humanos conocidas y nuevas como prueba de principio. Los telómeros, que son secuencias de ADN cortas y repetitivas en los extremos de los cromosomas, protegen a nuestros cromosomas para que no se deshilachen o se fusionen con los cromosomas vecinos. A continuación, los investigadores descubrieron nuevos mecanismos que regulan la expresión génica aberrante de beta-globina en células sanguíneas humanas. La beta-globina es una parte vital de una proteína más grande conocida como hemoglobina que es responsable del intercambio de oxígeno y dióxido de carbono entre nuestros pulmones y tejidos corporales. La expresión alterada de los genes de beta-globina está asociada con trastornos hereditarios de la hemoglobina, como la enfermedad de células falciformes, que actualmente afecta al 5 por ciento de la población mundial.
«El análisis imparcial del genoma realizado por CAPTURE brinda a los investigadores biomédicos una nueva y poderosa herramienta para descifrar los principios regulatorios subyacentes. Esta nueva herramienta mejorará nuestra comprensión del genoma humano y las variaciones genéticas en una variedad de enfermedades», dijo el Dr. Xu.
