SLos cromosomas sintéticos son sistemas de transporte ideales para transportar grandes secciones de ADN humano a las células. A diferencia de los vectores virales, los cromosomas artificiales humanos (HAC) transportan más material genético y es menos probable que desencadenen una respuesta inmune. Hasta ahora, sin embargo, problemas técnicos han impedido que HAC alcance su máximo potencial.1 Ahora, en un artículo publicado en Ciencialos investigadores describieron una técnica mejorada para diseñar HAC que supere las barreras anteriores.2
Los métodos anteriores para sintetizar HAC se basaban en unir construcciones de ADN más cortas a un cromosoma más grande dentro de la célula en un proceso llamado multimerización. Sin embargo, los fragmentos genéticos tendían a conectarse en secuencias impredecibles de diferentes longitudes, lo que hacía difícil anticipar cómo se comportarían los genes. Además, las construcciones a menudo se unen a cromosomas naturales, lo que potencialmente altera el genoma de la célula huésped.
En el nuevo estudio, investigadores de la Universidad de Pensilvania sortearon este problema, conocido como multimerización incontrolada, sintetizando hebras de ADN más grandes para que se pudiera formar HAC a partir de una sola construcción. En lugar de crear secuencias de 200 pares de kilobases, los investigadores aumentaron el tamaño de la construcción de ADN a aproximadamente 750 kilobases, eliminando la necesidad de multimerización.
“Planteamos la hipótesis de que [avoid] multimerización, tendríamos que empezar en grande”, dijo el bioquímico de la Universidad de Pensilvania. ben negroquien dirigió la investigación.
Dentro de cada HAC, los investigadores diseñaron secuencias para unir proteínas centroméricas, lo que aseguró que las células hijas heredaran el cromosoma cuando la célula original se dividiera. Específicamente, agregaron cientos de sitios de unión al ADN para la proteína represora bacteriana Lac (LacI). Al diseñar las células huésped para que expresen una proteína de fusión (LacI fusionada con otra proteína que se une a una proteína centromérica clave), el equipo reclutó proteínas para formar el centrómero en la construcción de ADN.
En lugar de los cromosomas lineales que se encuentran en los mamíferos, el equipo creó un cromosoma circular, que es compatible con la replicación del ADN en la levadura. Luego ensamblaron el HAC dentro de la levadura en ciernes. Al eliminar la pared celular de la levadura y aplicar una sustancia química que estimula la fusión de la membrana, el equipo transfirió el HAC de las células de levadura a las células humanas.
Para confirmar que el HAC había pasado a las células humanas en la configuración correcta, el equipo lisado las células y separó el ADN del resto del contenido celular. A diferencia del ADN lineal, los cromosomas circulares no pueden moverse a través del gel durante la electroforesis, por lo que permanecen atrapados en la muestra. Esta prueba de electroforesis indicó que el HAC se había mantenido circular. Una técnica separada llamada estiramiento de la cromatina, en la que los cromosomas circulares producen una señal característica cuando se estiran y se tiñen con anticuerpos, proporcionó evidencia adicional de que el HAC había conservado su forma y tamaño originales.
El análisis de la forma y el tamaño generales no descarta reordenamientos dentro de la secuencia cromosómica, dijo Bill Earnshaw, biólogo celular de la Universidad de Edimburgo que no participó en el estudio. “El HAC parece ser una copia única, pero no han realizado un análisis riguroso para demostrar que no están reorganizados”.
Black estuvo de acuerdo en que se necesita más investigación para confirmar la integridad del nuevo HAC. Sin embargo, la ausencia de un HAC agrandado sugiere que las construcciones no se reorganizan uniéndose o adhiriendo a los cromosomas del huésped, dijo.
El nuevo método podría algún día usarse para terapias genéticas que expresen copias funcionales de genes que funcionan independientemente de los cromosomas del huésped. La técnica puede resultar particularmente útil para afecciones que requieren la sustitución de un gen grande. Para ciertos cánceres, los investigadores pueden usar HAC para transportar un panel de genes protectores a las células del paciente.
Es probable que la aplicación más inmediata sea la creación de líneas celulares o modelos animales que recapitulen con mayor precisión las enfermedades humanas. Los modelos animales no siempre reflejan fielmente las condiciones humanas, por lo que su uso en pruebas de drogas a veces no es confiable. Sin embargo, al expresar grupos de genes (para una vía metabólica completa, por ejemplo), los científicos podrían diseñar mejores modelos animales, dijo Black.
“Como biólogo sintético, podrías ser un niño en la tienda de dulces si pudieras introducir todo tipo de cargas genéticas en las células”, dijo.
Referencias
- Ponomartsev SV, et al. Cromosomas artificiales humanos y su transferencia a células diana.Acta Nacional. 2022;14(3):35-45.
- Gambogi CW, et al. Formación eficiente de cromosomas artificiales humanos de copia única.Ciencia. 2024;383(6689):1344-1349.