Volver

 

Reflexiones genéticas y genómicas sobre el C. Elegans un nematodo dos veces premiado con el Nóbel de Medicina

Julián Cerón

 

 

 

La ciencia básica realizada en organismos modelo ha tenido un papel esencial en el avance de las ciencias biomédicas. En particular, en los últimos años los trabajos realizados con el nematodo Caernorhabditis elegans (C. elegans) han sido especialmente relevantes. Como prueba de su relevancia, investigadores que trabajan con C. elegans como modelo han recibido los premios Nóbel de Medicina y Fisiología en los años 2002 y 2006.

 

 

Desafortunadamente, mientras otro organismo modelo como Drosophila melanogaster es ampliamente utilizado por investigadores en instituciones españolas, existen muy pocos laboratorios en España donde se realicen investigaciones con C. elegans. Esto se debe a la ausencia de grupos españoles que en el pasado hayan entrenado a investigadores para trabajar con C. elegans.

En la charla aquí resumida se explican las herramientas genéticas y genómicas de C. elegans, comentando brevemente algunos trabajos publicados por Julián Cerón en C. elegans, y se presentar las dos líneas de investigación que están desarrollándose en el laboratorio del Dr. Cerón que tratan sobre el descubrimiento de “redes de genes del cáncer” y sobre nuevas funciones de las proteínas de splicing, algunas de ellas posiblemente relacionadas con cáncer.

En condiciones de laboratorio, el nematodo C. elegans se mantiene en placas de Petri con agar y se alimenta con la bacteria E. coli. Vive en temperaturas entre 15º y 25º C. Convenientemente, puede ser congelado en estadios larvarios en un medio con glicerol, lo cual facilita el mantenimiento de las cepas. La manipulación y observación de rutina se realiza con lupas estereoscópicas.

Los gusanos C. elegans son transparentes lo cual permite una elegante biologia celular en vivo, sin la necesidad de tinciones.

 

Describir la función de los genes es una tarea común entre investigadores de ciencia básica. Normalmente, la función de un gen se infiere a partir de su falta de función. Clásicamente, la falta de función de un gen se ha conseguido por medio de mutaciones. Recientemente, el descubrimiento del mecanismo del ARNi (ARN de intereferencia), conservado a lo largo de la evolución animal, ha proporciaonado un metodo alternativo para inactivar genes. En breve, el ARN de doble cadena, ARNdc, es cortado en la célula en fragmentos menores (siRNA) que reconocen junto a un complejo de proteinas (RISC) el ARNm de cadena complementaria para degradarlo, inactivando así la función del gen correspondiente.

 

El progreso en la biología esta fuertemente relacionado con los avances de la tecnología, y actualmente el ARNi es una herramienta nueva y poderosa para anular la función de los genes. El organismo modelo C. elegans es un pionero en el uso del ARNi y además fue el primer animal en tener su genoma secuenciado. Otra ventaja de C. elegans es que el ARN de doble cadena (ARNdc) puede ser administrado por el alimento para generar el ARNi en todo el organismo. Por estos motivos se han creado librerías de ARNi en C. elegans para experimentos con gran número de genes, lo cual facilita la realización de screens de ARNi a gran escala. Para estos screens se utilizan vectores de ARNi en clones bacterianos que son reusables indefinidamente. Existen dos librerías de ARNi para C. elegans, una generada en el laboratorio de la doctora Ahringer (Kamath et al, 2003) y otra en el del Dr. Vidal (Rual y Ceron et al, 2004)(ORFeome library). Estas librerías son parcialmente complementarias, y fueron creadas a partir de ADN genómico y una librería de ADNc respectivamente. El laboratorio del Dr. Ceron en el Hospital Vall d’Hebron posee la librería de ARNi del ORFeome para inactivar 11000 genes de C. elegans. El Dr. Cerón fue la primera persona en usar y validar la librería de ARNi del Dr. Vidal . En dicho proyecto se testaron ~ 11000 clones de ARNi en animales silvestres y en mutantes para lin-35 Rb (Retinoblastoma). Los resultados de este trabajo en la estirpe silvestre están publicados y accesibles para otros investigadores en bases de datos de C. elegans (www.wormbase.org). Además, hemos publicado un manuscrito donde presentamos el descubrimento de hasta 57 genes que muestran interacción genética específica con el gen lin-35 Rb, el único ortólogo en C. elegans de los genes supresores de tumores de la familia Retinoblastoma (Ceron et al, 2007). En dicho manuscrito se describe en detalle una interacción sintética letal entre lin-35 Rb y el factor de transcripción zfp-2. Además, mutantes para zfp-2 resultaron ser mas sensibles al ARNi. En el caso de que un hómologo de zfp-2 tuviera la misma función en humanos, sería una interesante diana terapéutica ya que su inactivación podría matar especificamente a aquellas células donde Rb está mutado, o bien hacer estas células mas sensibles al efecto del ARNi.

 

 

Función e implicación en cáncer de los genes BAF60 / SMARCD

Unos de los genes de interés en ese laboratorio es el ZK1128.5 BAF-60 , una subunidad del complejo SWI/SNF involucrado en el remodelado de la cromatina y  por lo tanto en la regulación transcripcional. Han descubierto una interacción genética entre ZK1128.5 BAF-60 y lin-35 Rb en C. elegans (Ceron et al, 2007). La inactivación de ZK1128.5, tanto por mutación como por ARNi, provoca un incremento del número de células en varios linajes celulares. Consistente con este fenotipo proliferativo, ZK1128.5 BAF-60 ha sido recientemente identificado como un gen que interacciona con la vía del EGF. De interés son los diversos experimentos genéticos que relacionan a BAF-60 (o SMARCD) con vias clásicas de cáncer. En humanos, alteración de niveles de expresión del gen BAF-60 / SMARCD han sido asociados con cáncer de mama y otros tipos de cáncer  (Sgroi et al, 1999). En colaboración con el grupo del Dr. Simo Schwartz en el CIBBIM del Hospital vall d’Hebron han realizado experimentos preliminares que muestran la alteracion de algunas de las isoformas del gen BAF-60 / SMARCD en distinas muestras de pacientes con cáncer de colon. Por lo tanto, pretenden estudiar las funciones de BAF60 paralelamente en C. Elegans, en tejidos y células humanas.

 

 

Mapa funcional de genes de splicing: relación de los genes de splicing con cáncer

Muchos de los avances significativos en ciencia básica se han iniciado a partir de observaciones inesperadas. De modo sorprendente han encontrado recientemente componentes específicos de la maquinaria de splicing (o “spliceosome”) que actúan en la vía del gen supresor de tumores Rb para especificar el destino celular en la vulva en C. elegans. Además, algunos de estos genes controlan el ciclo celular (Ceron et al, 2007). Estos hallazgos están en consonancia con la idea emergente de la relación funcional entre transcripción y splicing (Bentley D, 2002), y con la implicación de genes de splicing en el cáncer (Venable JP, 2006). Sin embargo, el estudio de funciones diferentes al procesamiento de pre-mRNA en estas proteínas de splicing es complicada por lo esencial de la función de splicing. Además, muchas de las proteínas de splicing se han identificado por espectrometría de masas sin ninguna validación funcional. Afortunadamente, el ARNi mediante el alimento en C. elegans permite la flexibilidad necesaria para disminuir parcialmente la falta de función y así observar diferentes funciones en genes esenciales.

Recientemente se han catalogado 254 proteinas de splicing en humanos (Barbosa-Morais et al, 2006). Han buscado ortólogos de estos genes en C. elegans en la base de datos InParanoid (http://inparanoid.cgb.ki.se/) y asi han creado una base de datos que contiene 164 genes relacionados con splicing en C. elegans, la mayoría altamente conservados en la evolución. Estos 164 genes serán usados en ensayos futuros de genómica funcional que pueden generar hallazgos de interés sobre la función del Spliceosome en humanos y sus alteraciones en diversas enfermedades, incluida en cáncer.