Hacia la comprensión del proceso de la diferenciación celular regulada por impulsos moleculares

Marco Antonio Mendoza; Ph.D.

La transformación celular entre un estado de totípotencia hacia otro de especialización definida es largamente explicado por un complejo fenómeno de regulación de los programas genéticos que definen ambos estados. En un reciente estudio publicado en el periódico internacional “Molecular Systems Biology”, caracterizamos las redes génicas involucradas en el proceso de diferenciación celular inducido en presencia de un componente relacionado a la vitamina A, conocido bajo el nombre de “all-trans retinoico acid” o ATRA.

Este compuesto es capaz de interactuar con los receptores moleculares RAR/RXR (por sus siglas en ingles: Retinoic acid receptor/ Retinoid X receptor) capaces de actuar como factores de transcripción a fin de regular de forma directa la expresión de un cierto numero de genes quienes son a la base del proceso de diferenciación celular. Si bien la interacción de ATRA con los receptores de tipo RAR/RXR fueron ya largamente estudiados en el pasado, la caracterización detallada de todos los genes regulados de forma directa durante este proceso no fue posible hasta ahora. Nuestro estudio demostró que, en el caso del sistema celular modelo F9 (teratocarcinoma cell lines), el tratamiento con el acido retinoico (ATRA) induce un proceso dinámico de interacción de los receptores RXR/RAR con el material genético, el cual es responsable de la regulación temporal de la actividad transcripcional. A través de la combinación de metodologías experimentales y bioinformáticas, llegamos a reconstruir mapas dinámicos de la regulación génica quienes están gobernados inicialmente por los receptores RAR/RXR y amplificados de forma temporal y especifica por una serie de factores de transcripción tales que Hoxb2, Hoxb4, Hoxb5, Sox2 , Erg1, etc.

Este estudio representa el primer análisis dinámico de la regulación de la expresión génica envuelta en el proceso de diferenciación celular inducida por el acido retinoico y abre puertas al estudio de este tipo de eventos desde un punto de vista global.

Un nuevo método de amplificación del material genético abre puertas al análisis de eventos moleculares

Marco Antonio Mendoza; PhD.
Estrasburgo-Francia

El estudio de los eventos moleculares que regulan la homeostasis celular en todos sus ámbitos depende en gran parte en el análisis del material genético, la molécula del ADN, y mas específicamente en la capacidad de los métodos actuales a acceder a esta información. Desde su creación, en 1983 por Kary Mullis, la reacción de polimeracion en cadena, mas conocida como PCR, es la metodología universal para el estudio del material genético, razón por la cual K. Mullis recibió el premio Nobel en 1993.
La característica principal del método de PCR es la capacidad de poder amplificar el material genético de interés de forma exponencial y por consecuencia permitir el análisis de cantidades ínfimas, como es el caso en aplicaciones forenses o paleontologicas. De la misma forma, variantes de esta metodología fueron desarrolladas afín de poder amplificar no solamente una región de interés, mas al contrario poder amplificar genomas enteros; sin embargo, estudios a esta escala demostraron que la PCR presentaba diferentes eficacidades de amplificación por region genomica. Actualmente es largamente documenta la influencia del contenido nucleico en la eficacidad de amplificación de la PCR (“GC-rich bias”), sin embargo la utilización de la PCR como método de amplificación genómica se realiza actualmente debido a la ausencia de una metodologia alternativa.
Este pasado 6 de junio publicamos en el periódico internacional “Nature methods” una nueva metodología de amplificación del material genético basada en su amplificación linear pero con sensibilidades comparables a aquella de la PCR. Esta metodología, llamada LinDA (Linear DNA amplificación), permite la amplificación de muestras de ADN a nivel genómico con una sensibilidad tal que 30 picogramos. De la misma forma, estudios de immunoprecipitacion de la chromatina evaluadas por métodos de secuenciación en masa (ChIP-seq) fueron realizados con cantidades tales que 5000 células demostrando de esta forma la capacidad de amplificación de esta metodología, sin presentar una preferencia relacionada al contenido nucleico como en el caso de la PCR y todo esto guardando una alta specificidad durante el proceso.
A apenas un par de meses después de la publicación de este método, la comunidad científica mundial esta mostrando su gran interés en la aplicación de LinDA; prueba de ello, podemos constatar la aparición de muchos “blogs científicos” describiendo la metodologia asi que sus potenciales aplicaciones; y por otro lado recibimos de forma periodica e-mails /visitas de personas interesadas a conocer mas detalles a este respecto.
Esperamos ansiosos en los próximos años, constatar la utilización de LinDA en diferentes temáticas y por nuestra parte consideramos explotar esta metodologia para el estudio de eventos a nivel celular tanto en temáticas relacionadas al estudio de los eventos moleculares en diferenciación celular, senescencia y oncología entre otros.

Single-tube linear DNA amplification (LinDA) for robust ChIP-seq
Pattabhiraman Shankaranarayanan, Marco-Antonio Mendoza-Parra, Mannu Walia, Li Wang, Ning Li, Luisa M Trindade & Hinrich Gronemeyer

La célula vista como un conjunto de lego-componentes

Este pasado 10-13 de Abril 2010 tuvo lugar en Cambridge-UK un curso de capacitación organizado por la Organización europea en Biología Molecular (EMBO) en el área de Biología sistémica (In silico Systems Biology). El curso se focalizo en la reconstrucción y el análisis de redes de entidades que forman parte de sistemas biológicos (Proteínas, ARN mensajero, etc).
Durante estos 4 días, investigadores provenientes de diferentes centros de investigación europeos se reunieron en el campus del Instituto de Bioinformática Europeo (EBI) a fin de poder ampliar sus conocimientos en esta nueva área que trata de estudiar los eventos moleculares que tienen lugar en los seres vivos desde un punto de vista global, donde el objetivo principal es el de identificar las múltiples interacciones como forma de explicar el funcionamiento celular como la consecuencia de la coordinación de diferentes eventos moleculares tanto en el tiempo como en el espacio que estos ocupan.
Los expositores en este evento fueron investigadores conocidos en esta área de la biología molecular provenientes de instituciones tales que la “Universitat Pompeu Fabra” de Barcelona-España; el Instituto Curie en Paris-Francia; el Centro de Investigación en Oncológica en Salamanca-España; la Universidad Humboldt en Berlín-Alemania, el Instituto Investigación en Oncológica en Londres-Inglaterra, la Universidad de Heidelberg-Alemania, así que del Instituto de Bioinformática Europeo localizado en Cambridge-UK.
Brevemente me gustaría indicar que esta área no es más que una consecuencia directa del progreso tecnológico en el área del estudio de eventos moleculares. En efecto, desde la secuenciación del primer genoma, así que el establecimiento de tecnológicas capaces de analizar el contendió proteico global de una muestra através del análisis de espectrometría de masa, el análisis molecular tomo un aspecto global. Uno de los desafíos actuales es el de aumentar nuestra capacidad de comprensión de estos estudios globales y esto empieza a tener resultados gracias al desarrollo de métodos de modelización de redes que integran toda esta información através de interacciones entre los componentes que forman parte de estos estudios globales.
De forma paradójica, el progreso en el estudio de eventos biológicos, que tuvo lugar a través de la transición de la observación del organismo en su totalidad hacia el estudio de forma independiente de los componentes que la constituyen, ahora busca reconstruir la interacción entre estos componentes afín de poder explicar el organismo en su totalidad…como un reloj desmantelado al cual tratamos de reconstruir esta vez estando conciente de los componentes que forman parte de su mecanismo interno.