Optogenética, una técnica para iluminar genes

  De los aproximadamente 20500 genes que contiene cada una de nuestras células, en un momento dado tan sólo una pequeña parte está activa, según las necesidades de cada momento, que pueden cambiar en cuestión de minutos u horas. Actualmente, se está investigando para saber qué está haciendo cada gen en cada momento, y claro para recopilar esta información diferentes investigadores están desarrollando unas técnicas impensables hasta hace poco. En este escenario destaca la optogenética que es un conjunto de técnicas que combinan genética y óptica para controlar en vivo y con precisión cronométrica diferentes procesos vitales. Por ejemplo, mediante el empleo de proteínas que cambian su función en respuesta a la luz puede activarse o desactivarse la expresión del gen que nos interese simplemente alumbrando o dejando a oscuras las células en estudio.

  Entre las investigaciones que se están llevando a cabo mediante optogenética destacan los estudios de genes relacionados con el aprendizaje y la memoria, así como los cambios epigenéticos de las proteínas que envuelven el ADN implicadas de algún modo, al parecer, en el aprendizaje.
 
  A la luz de los genes

  Esta técnica controla la copia de ADN a ARNm. En primer lugar tenemos la proteína TALE, efector del tipo activador de la transcripción, por sus siglas en inglés. Estas proteínas se unen de modo personalizado a una secuencia de ADN. Y por otro tenemos a la proteína CRY2 que es fotosensible, se obtiene de la crucífera Arabidopsis thaliana y que se une a la TALE. Luego, cuando la luz incide sobre CRY2, esta se une a su vez a CIB1. Un grupo de investigadores del MIT diseñaron una forma especial de CIB1 que permite activar o suprimir la transcripción de un gen.
  Una vez se le aportan todos estos componentes a la célula, TALE se adhiere a su ADN diana y cuando se ilumina la célula, CRY2 se une al CIB1 que está disperso en el citosol, desencadenando la transcripción del gen diana; esto es, la generación de ARNm. De modo alternativo, puede diseñarse una CIB1 que capture un represor que bloquee la transcripción génica.
  Con un simple pulso luminoso es suficiente para desencadenar todo el proceso, los investigadores encontraron que el mejor funcionamiento de la técnica se alcanza aplicando un pulso por minuto, así se logra un transcripción completa en el menor tiempo posible. También observaron que a la media hora de comenzar a iluminar a la célula se aumenta la cantidad de ARNm producida por el gen diana, y que a la media hora de dejar de dar pulsos de luz se inicia la degradación del ARMm. El caso es que tras probar esta técnica con 30 genes consiguieron aumentar la transcripción normal entre 2 y 200 veces.

  Lo más interesante de la optogenética es que posibilita trabajar con los genes naturales de la célula en vez de con genes de "diseño" u otras variantes de la ingeniería genética, permitiendo al investigador controlar un locus genético concreto.

  Modificaciones epigenéticas

  El otro punto fuerte de este control de la expresión génica es la modificación epigenética, cobrando especial relevancia las histonas, proteínas estas a las que se ancla el ADN cromosómico y que regulan el acceso al gen. Pues bien en el MIT han demostrado que pueden modificar las histonas para aplicar exitosamente esta técnica.
  Se piensa que las modificaciones epigenéticas juegan un papel clave en la formación de recuerdos y por ende en el aprendizaje, pero es algo que hasta ahora no ha podido ser bien investigado porque era muy difícil interactuar con las histonas sin afectar a todo el genoma. Ahora puede actuarse sobre un único gen sin perturbar al resto.


  Un saludo

 Referencias:

 Controlling genes with light
 
 The TALE of new tools to study gene regulation

Nota: esta entrada participa en el XXIV Carnaval de Biología acogido en "Pero eso es otra historia..."