METROLos recuerdos pueden vivir como sustancias extraordinariamente coherentes en el cerebro. Es la definición de la palabra engrama, que describe el contenido físico de cómo se almacena un recuerdo. Pero los recuerdos se extienden más allá del nivel del organismo; las células también retienen recuerdos de la variedad de genes que expresan a lo largo del tiempo. Como los elementos reguladores cis (CRE) regulan la expresión genética, medir la actividad de estos CRE podría proporcionar información sobre cómo se expresan los genes en las células. Sin embargo, técnicas existentes Sólo puede registrar la regulación genética celular en un solo punto en el tiempo.¹

Motivados a encontrar una manera de registrar la actividad de estos CRE a lo largo del tiempo, Jay Shendureun genetista de la Universidad de Washington, y su equipo desarrollaron una técnica llamada registro genómico impulsado por potenciadores de la actividad transcripcional en multiplex, o ENGRAM.² Al aprovechar la edición primaria, que puede insertar una secuencia de ADN corta y única en una ubicación específica, Shendure y su equipo pudieron rastrear y escribir información de regulación genética en una ubicación genómica. Su enfoque, publicado en Naturaleza, Podría potencialmente proporcionar información sobre cómo, a través del tiempo, ciertos genes dan forma a la identidad de una célula.²

Un CRE es un tramo de ADN que regula la expresión de un gen cercano. Cuando el gen está a punto de activarse, los factores de transcripción se unen a una sección del CRE y comienzan el proceso de expresión génica. Para el sistema ENGRAM, el equipo utilizó CRE para impulsar ARN guía de edición primaria (pegRNA) para insertar pequeñas secuencias de ADN (códigos de barras) en una ubicación específica en el genoma. Cuando se activaba un CRE, se producía la edición primaria y se escribía el código de barras correspondiente. Al asignar a cada CRE un código de barras único, los científicos podían rastrear la actividad de muchos CRE diferentes.

Al utilizar la misma secuencia espaciadora en cada pegRNA, los científicos se aseguraron de que todos los códigos de barras se escribieran en el mismo lugar del genoma para crear una “lista” de códigos de barras. “Esta es la clave de la multiplexidad”, dijo Wei (Will) Chenquien es coautor del artículo y anteriormente fue estudiante de posgrado en el laboratorio de Shendure. Chen ahora es investigador postdoctoral en el Instituto de Diseño de Proteínas.

Los científicos pudieron simplemente secuenciar el ADN celular, revisar qué códigos de barras se escribieron y desentrañar el historial regulatorio de la célula. Cuando los científicos probaron el sistema en células vivas para ver si la cantidad de códigos de barras registrados coincidía con la cantidad de ARN producido por la expresión génica, descubrieron que ambos se correlacionaban entre sí, lo que validaba que los CRE capturaban cuantitativamente el grado de expresión.

Los científicos probaron entonces si el sistema de grabación ENGRAM podía captar correctamente los efectos de múltiples señales incorporando tres CRE que se activaban en respuesta a diferentes estímulos, como la aplicación de un fármaco. Descubrieron que los códigos de barras grabados reflejaban la cantidad de señal externa aplicada: por ejemplo, a mayor señal, mayor cantidad de códigos de barras.

Finalmente, cuando el equipo probó ENGRAM en células embrionarias de ratón, pudieron medir la actividad de 98 CRE sintéticos a medida que las células embrionarias se diferenciaban con el tiempo. “Al final, podemos mapear, en una serie temporal, la dinámica de diferentes señales”, dijo Chen.

«[The study] “Aborda una limitación importante en el campo, que es que necesitamos tener la capacidad de registrar los niveles de expresión directamente de los genes”, dijo Harris Wangun biólogo de la Universidad de Columbia que no participó en el estudio.

A algunos les podría preocupar que el proceso mismo de insertar ADN sintético en el genoma para registrar la actividad de los elementos reguladores pueda alterar el estado normal de la célula. Pero según Reza KalhorSegún el ingeniero biológico de la Universidad Johns Hopkins que no participó en el estudio, se trata de un riesgo inevitable. “El principio de Heisenberg nos dice que no podemos medir nada sin cambiarlo”, afirmó.

Para Shendure, se trata de descubrir el recorrido de la célula, no solo de observar su destino final. “La visión es que podemos llegar a un mundo en el que realicemos mediciones rutinarias en todas las células de un sistema que reflejen no solo la dinámica final de ese sistema, sino también todo lo que sucedió a lo largo del camino”, afirmó.