Ratón modificado genéticamente

Ratón modificado genéticamente en el que se ha eliminado un gen que afecta al crecimiento del pelo (izquierda) junto a un ratón de laboratorio normal.

Un ratón modificado genéticamente o modelo de ratón manipulado genéticamente (GEMM, por sus siglas en inglés)[1]​ es un ratón (Mus musculus) al que se le ha alterado el genoma mediante el uso de técnicas de ingeniería genética. Los ratones modificados genéticamente se utilizan habitualmente para la investigación o como modelos animales de enfermedades humanas, y también se emplean para la investigación sobre genes. Junto con los xenoinjertos derivados de pacientes (PDX, por sus siglas en inglés), los GEMM son los modelos in vivo más comunes en la investigación del cáncer. Ambos enfoques se consideran complementarios y pueden utilizarse para recapitular diferentes aspectos de la enfermedad.[2]​ Los GEMM también son de gran interés para el desarrollo de fármacos, ya que facilitan la validación de dianas y el estudio de la respuesta, la resistencia, la toxicidad y la farmacodinámica.[3]​

Historia

En 1974, Beatrice Mintz y Rudolf Jaenisch crearon el primer animal modificado genéticamente insertando un virus de ADN en un embrión de ratón en fase inicial y demostrando que los genes insertados estaban presentes en todas las células.[4]​ Sin embargo, los ratones no transmitieron el transgén a su descendencia y, por lo tanto, el impacto y la aplicabilidad de este experimento fueron limitados. En 1981, los laboratorios de Frank Ruddle[5]​ de la Universidad de Yale, Frank Costantini y Elizabeth Lacy de Oxford, y Ralph L. Brinster y Richard Palmiter, en colaboración con la Universidad de Pensilvania y la Universidad de Washington, inyectaron ADN purificado en un embrión unicelular de ratón utilizando técnicas desarrolladas por Brinster en los años sesenta y setenta, demostrando por primera vez la transmisión del material genético a las generaciones posteriores.[6]​[7]​[8]​ Durante la década de 1980, Palmiter y Brinster desarrollaron y lideraron el campo de la transgénesis, perfeccionando los métodos de modificación de la línea germinal y utilizando estas técnicas para dilucidar la actividad y función de los genes de una forma que no era posible antes de su enfoque único.[9]​

Métodos

Existen dos enfoques técnicos básicos para producir ratones modificados genéticamente. El primero consiste en la inyección pronuclear, una técnica desarrollada y perfeccionada por Ralph L. Brinster en los años 60 y 70, en una sola célula del embrión de ratón, donde se integrará aleatoriamente en el genoma del ratón[10]​ Este método crea un ratón transgénico y se utiliza para insertar nueva información genética en el genoma del ratón o para sobreexpresar genes endógenos. El segundo enfoque, del que fueron pioneros Oliver Smithies y Mario Capecchi, consiste en modificar las células madre embrionarias con una construcción de ADN que contiene secuencias de ADN homólogas al gen diana. Se seleccionan células madre embrionarias que se recombinan con el ADN genómico y luego se inyectan en los blastocistos de los ratones.[11]​ Este método se utiliza para manipular un solo gen, en la mayoría de los casos "eliminando" el gen diana, aunque pueden producirse manipulaciones genéticas cada vez más sutiles y complejas (por ejemplo, la humanización de una proteína específica o el cambio de un solo nucleótido). También se puede crear un ratón humanizado mediante la adición directa de genes humanos, creando así una forma murina de híbrido humano-animal . Por ejemplo, los ratones modificados genéticamente pueden nacer con genes de antígenos leucocitarios humanos para proporcionar un entorno más realista al introducirles glóbulos blancos humanos para estudiar las respuestas del sistema inmunológico.[12]​ Una de esas aplicaciones es la identificación de péptidos del virus de la hepatitis C (VHC) que se unen al HLA y que pueden ser reconocidos por el sistema inmunológico humano, convirtiéndose así en objetivos potenciales para futuras vacunas contra el VHC.[13]​

Usos

Ratones transgénicos que expresan proteína verde fluorescente, que brilla en verde bajo luz azul. El ratón central es de tipo salvaje .

Los ratones modificados genéticamente se utilizan mucho en investigación como modelos de enfermedades humanas.[14]​ Los ratones son un modelo útil para la manipulación genética y la investigación, ya que sus tejidos y órganos son similares a los de un ser humano y portan prácticamente todos los mismos genes que operan en los seres humanos.[15]​ También tienen ventajas sobre otros mamíferos, en lo que respecta a la investigación, ya que están disponibles en cientos de cepas genéticamente homogéneas.[15]​ Además, debido a su tamaño, pueden mantenerse y alojarse en grandes cantidades, lo que reduce el coste de la investigación y los experimentos.[15]​ El tipo más común es el ratón knockout, en el que se elimina la actividad de un solo gen (o en algunos casos de varios). Se han utilizado para estudiar y modelar la obesidad, las cardiopatías, la diabetes, la artritis, el abuso de sustancias, la ansiedad, el envejecimiento, la recepción de la temperatura y el dolor, y la enfermedad de Parkinson.[16]​[17]​ Los ratones transgénicos generados para portar oncogenes clonados y los ratones knockout carentes de genes supresores de tumores han proporcionado buenos modelos para el cáncer humano. Se han desarrollado cientos de estos oncorratones que abarcan una amplia gama de cánceres que afectan a la mayoría de los órganos del cuerpo y se están perfeccionando para que sean más representativos del cáncer humano.[9]​ Los síntomas de la enfermedad y los posibles fármacos o tratamientos pueden probarse con estos modelos de ratón.

Se ha modificado genéticamente un ratón para que tenga un mayor crecimiento y fuerza muscular mediante la sobreexpresión del factor de crecimiento similar a la insulina I (IGF-I) en las fibras musculares diferenciadas.[18]​[19]​ A otro ratón se le ha alterado un gen que interviene en el metabolismo de la glucosa y corre más rápido, vive más tiempo, es más activo sexualmente y come más sin engordar más que el ratón medio (véase Superratones metabólicos).[20]​[21]​ A otro ratón se le bloqueó o eliminó el receptor TRPM8 en un estudio con capsaicina y mentol.[17]​ Con el receptor TRPM8 eliminado, el ratón fue incapaz de detectar pequeños cambios de temperatura y el dolor asociado a ellos.[17]​

Se debe tener mucho cuidado al decidir cómo utilizar ratones genéticamente modificados en la investigación.[22]​ A veces se pasan por alto incluso cuestiones básicas como elegir el ratón de control "de tipo salvaje" correcto para utilizarlo en la comparación.[23]​

Referencias

  1. ↑ Singh, M.; Murriel, C. L.; Johnson, L. (16 de mayo de 2012). «Genetically Engineered Mouse Models: Closing the Gap between Preclinical Data and Trial Outcomes». Cancer Research 72 (11): 2695-2700. PMID 22593194. doi:10.1158/0008-5472.CAN-11-2786. 
  2. ↑ Abate-Shen, C.; Pandolfi, P. P. (30 de septiembre de 2013). «Effective Utilization and Appropriate Selection of Genetically Engineered Mouse Models for Translational Integration of Mouse and Human Trials». Cold Spring Harbor Protocols 2013 (11): 1006-1011. PMC 4382078. PMID 24173311. doi:10.1101/pdb.top078774. 
  3. ↑ Sharpless, Norman E.; DePinho, Ronald A. (September 2006). «The mighty mouse: genetically engineered mouse models in cancer drug development». Nature Reviews Drug Discovery (en inglés) 5 (9): 741-754. ISSN 1474-1784. PMID 16915232. S2CID 7254415. doi:10.1038/nrd2110. 
  4. ↑ Jaenisch, R.; Mintz, B. (1974). «Simian virus 40 DNA sequences in DNA of healthy adult mice derived from preimplantation blastocysts injected with viral DNA.». Proc. Natl. Acad. Sci. 71 (4): 1250-1254. Bibcode:1974PNAS...71.1250J. PMC 388203. PMID 4364530. doi:10.1073/pnas.71.4.1250. 
  5. ↑ Kucherlapati, Raju; Leinwand, Leslie A. (2013). «Frank Ruddle (1929–2013». American Journal of Human Genetics 92 (6): 839-840. PMC 3675234. PMID 24242788. doi:10.1016/j.ajhg.2013.05.012. 
  6. ↑ Gordon, J.; Ruddle, F. (1981). «Integration and stable germ line transmission of genes injected into mouse pronuclei». Science 214 (4526): 1244-6. Bibcode:1981Sci...214.1244G. PMID 6272397. doi:10.1126/science.6272397. 
  7. ↑ Costantini, F.; Lacy, E. (1981). «Introduction of a rabbit β-globin gene into the mouse germ line». Nature 294 (5836): 92-4. Bibcode:1981Natur.294...92C. PMID 6945481. S2CID 4371351. doi:10.1038/294092a0. 
  8. ↑ Brinster R, Chen HY, Trumbauer M, Senear AW, Warren R, Palmiter RD (1981). «Somatic expression of herpes thymidine kinase in mice following injection of a fusion gene into eggs». Cell 27 (1 Pt 2): 223-231. PMC 4883678. PMID 6276022. doi:10.1016/0092-8674(81)90376-7. 
  9. ↑ a b Douglas Hanahan; Erwin F. Wagner; Richard D. Palmiter (2007). «The origins of oncomice: a history of the first transgenic mice genetically engineered to develop cancer». Genes Dev. 21 (18): 2258-2270. PMID 17875663. doi:10.1101/gad.1583307. 
  10. ↑ Gordon, J.W., Scangos, G.A, Plotkin, D.J., Barbosa, J.A. and Ruddle F.H. (1980). «Genetic transformation of mouse embryos by microinjection of purified DNA». Proc. Natl. Acad. Sci. USA 77 (12): 7380-7384. Bibcode:1980PNAS...77.7380G. PMC 350507. PMID 6261253. doi:10.1073/pnas.77.12.7380. 
  11. ↑ Thomas KR, Capecchi MR (1987). «Site-directed mutagenesis by gene targeting in mouse embryo-derived stem cells». Cell 51 (3): 503-12. PMID 2822260. doi:10.1016/0092-8674(87)90646-5. 
  12. ↑ Yong KS, Her Z, Chen Q (August 2018). «Humanized Mice as Unique Tools for Human-Specific Studies». Archivum Immunologiae et Therapiae Experimentalis 66 (4): 245-266. PMC 6061174. PMID 29411049. doi:10.1007/s00005-018-0506-x. 
  13. ↑ «Mouse strain C57BL/6-Mcph1Tg(HLA-A2.1)1Enge». The Jackson Laboratory. Consultado el 6 de enero de 2023. 
  14. ↑ «Background: Cloned and Genetically Modified Animals». Center for Genetics and Society. 14 de abril de 2005. Archivado desde el original el 23 de noviembre de 2016. Consultado el 11 de julio de 2010. 
  15. ↑ a b c Hofker, Marten H.; Deursen, Jan van (2002). Transgenic Mouse. Totowa, New Jersey: Humana Press. pp. 1. ISBN 0-89603-915-3. (requiere registro). 
  16. ↑ «Knockout Mice». Nation Human Genome Research Institute. 2009. 
  17. ↑ a b c Julius, David. «How peppers and peppermint identified sensory receptors for temperature and pain». iBiology (en inglés estadounidense). Consultado el 14 de mayo de 2020. 
  18. ↑ McPherron, A.; Lawler, A.; Lee, S. (1997). «Regulation of skeletal muscle mass in mice by a new TGF-beta superfamily member». Nature 387 (6628): 83-90. Bibcode:1997Natur.387...83M. PMID 9139826. S2CID 4271945. doi:10.1038/387083a0. 
  19. ↑ Elisabeth R. Barton-Davis; Daria I. Shoturma; Antonio Musaro; Nadia Rosenthal; H. Lee Sweeney (1998). «Viral mediated expression of insulin-like growth factor I blocks the aging-related loss of skeletal muscle function». PNAS 95 (26): 15603-15607. Bibcode:1998PNAS...9515603B. PMC 28090. PMID 9861016. doi:10.1073/pnas.95.26.15603. 
  20. ↑ «Genetically engineered super mouse stuns scientists». AAP. 3 de noviembre de 2007. 
  21. ↑ Hakimi P, Yang J, Casadesus G, Massillon D, Tolentino-Silva F, Nye C, Cabrera M, Hagen D, Utter C, Baghdy Y, Johnson DH, Wilson DL, Kirwan JP, Kalhan SC, Hanson RW (2007). «Overexpression of the cytosolic form of phosphoenolpyruvate carboxykinase (GTP) in skeletal muscle repatterns energy metabolism in the mouse». Journal of Biological Chemistry 282 (45): 32844-32855. PMC 4484620. PMID 17716967. doi:10.1074/jbc.M706127200. 
  22. ↑ Crusio, W.E.; Goldowitz, D.; Holmes, A.; Wolfer, D. (2009). «Standards for the publication of mouse mutant studies». Genes, Brain and Behavior 8 (1): 1-4. PMID 18778401. doi:10.1111/j.1601-183X.2008.00438.x. 
  23. ↑ Mohammed Bourdi; John S. Davies; Lance R. Pohl (2011). «Mispairing C57BL/6 Substrains of Genetically Engineered Mice and Wild-Type Controls Can Lead to Confounding Results as It Did in Studies of JNK2 in Acetaminophen and Concanavalin A Liver Injury». Chemical Research in Toxicology 24 (6): 794-796. PMC 3157912. PMID 21557537. doi:10.1021/tx200143x. 

Enlaces externos