Un nuevo método investiga la función de los genes en los organoides del cerebro

Examen de genes: marcar los organoides del cerebro y cada una de sus células (rojo, verde) con secuencias únicas de ADN, permite a los investigadores explorar las funciones de los genes a través de cientos de organoides. Instituto de Biotecnología Molecular

POR CHLOE WILLIAMS

Fuente: Spectrum / 16/12/2020

Fotografía: Instituto de Biotecnología Molecular

Una nueva técnica de exploración permite a los investigadores probar los efectos de las mutaciones genéticas en el crecimiento del cerebro mediante el uso de organoides - esferas de células cerebrales cultivadas. Podría arrojar luz sobre el papel de los genes ligados al autismo en el desarrollo del cerebro.

Para identificar los genes que controlan el crecimiento celular, los científicos suelen introducir una variedad de mutaciones disruptivas y luego medir cómo cada una de ellas afecta a la proliferación celular. Un enfoque utiliza la tecnología CRISPR para introducir diferentes fragmentos de ARN guía en un conjunto de células. El ARN guía se integra en el genoma de las células y acompaña a una enzima, como la Cas9, a un punto específico para cortar el ADN. Después de un período de tiempo, los investigadores secuencian el ADN de las células para determinar la abundancia de cada ARN guía e inferir cuáles son los genes alterados que participan en la proliferación celular.

Estas llamadas pantallas de "pérdida de función" requieren que todas las células no mutadas del conjunto crezcan a velocidades similares - lo que las células en cultivos 2D generalmente hacen, pero las de los organoides del cerebro no.

"Algunas células de partida producen 10 células hijas, otras, 10 millones", dice Jürgen Knoblich, director científico del Instituto de Biotecnología Molecular de la Academia Austriaca de Ciencias en Viena, Austria. Esto hace difícil saber si las diferencias en el crecimiento son causadas por mutaciones o alguna variabilidad inherente de una célula a otra.

En el nuevo método, los investigadores utilizan códigos de barras de ADN para etiquetar los organoides individuales y cada célula dentro de cada organoide. Este código de barras les permite rastrear los efectos de cualquier ARN guía a través de cientos de organoides, proporcionando una imagen más clara de sus efectos generales.

El camino de la proteína: los organoides del cerebro (rosa) que carecen de una copia funcional de un gen vinculado a la microcefalia (derecha) tienen niveles más bajos de una proteína estructural (verde) que los organoides con copias funcionales del gen (izquierda). Instituto de Biotecnología Molecular

Código de barras del cerebro

La técnica, descrita en noviembre en Science, se llama CRISPR-LICHT. Primero, los investigadores diseñan células madre humanas para producir una versión de la enzima Cas9 que destruye el ADN. Luego utilizan virus para introducir una serie de ARN guía en las células madre. Los ARNs guía están diseñados para introducir mutaciones dañinas en los genes de interés. Los virus también transportan una etiqueta de ADN única, o código de barras, al genoma de cada célula, permitiendo a los investigadores controlar qué células contienen qué ARN guía.

Los investigadores luego separan las células madre y hacen crecer cada una de ellas en un organoide. Después de 40 días, extraen el ADN de las células individuales dentro de cada organoide y añaden un segundo código de barras que permite contar cuántas células tiene cada organoide. Luego pueden secuenciar el ADN - junto con sus códigos de barras - para determinar la medida en que una mutación genética introducida por un ARN guía altera el número de células en un organoide.

El equipo usó CRISPR-LICHT para examinar 172 genes - todos vinculados a la microcefalia, o tamaño de cabeza pequeña - por su capacidad de controlar el crecimiento de los organoides. En general, las mutaciones en 25 genes disminuyeron significativamente la proliferación celular, sugiriendo que juegan un papel en la condición, informan los investigadores. Este hallazgo casi duplica el número de genes relacionados con la microcefalia.

Muchos de los genes que identificaron juegan un papel en los procesos biológicos que ya se sabe que están involucrados con la microcefalia, pero algunos están involucrados en vías menos conocidas, como la regulación de las secreciones de proteínas del retículo endoplasmático, la fábrica de proteínas de la célula. Los organoides del cerebro que carecen de una copia funcional de un gen implicado en esta vía son de menor tamaño y tienen niveles de proteína estructural reducidos en comparación con los organoides que tienen copias funcionales del gen.

CRISPR-LICHT podría ser utilizado para evaluar otras funciones de los genes, dicen los investigadores, y podría ayudar a los científicos a descifrar cómo los genes ligados al autismo afectan a los organoides del cerebro.

TAGS: autismo, tamaño del cerebro, microcefalia, organoides, células madre

https://www.spectrumnews.org/news/toolbox/new-method-probes-genes-function-in-brain-organoids/