Anar al contingut

Edició del epigenoma

De L'Enciclopèdia, la wikipedia en valencià
Una descripció visual de cóm s'utilisen les proteïnes TALE per a l'edició del epigenoma

La edició del epigenoma o la ingenieria del epigenoma és un tipo d'ingenieria genètica en la que l'epigenoma es modifica en llocs específics utilisant molècules dissenyades dirigides a eixos llocs (a diferència de les modificacions de tot el genoma). Mentres que l'edició de gens implica canviar la seqüència de ADN en sí, l'edició epigenética implica modificar seqüències de ADN i atres factors d'unió a el ADN que influïxen en el seu funcionament. A el "editar" característiques epigenómicas es pot determinar el paper biològic exacte d'una modificació epigenética.

Les proteïnes dissenyades que s'utilisen per a l'edició del epigenoma estan compostes per un domini d'unió a el ADN que es dirigix a seqüències específiques i un domini efector que modifica les característiques epigenómicas. S'han utilisat predominantment tres grups principals de proteïnes d'unió a el ADN per a l'edició del epigenoma: proteïnes en dits de zinc, efectors similars a activadores de la transcripció (TALE) i fusions de Cas9 deficients en nucleasa (CRISPR).

Definició

[editar | editar còdic]

La comparació de mapes epigenéticos de tot el genoma en l'expressió genètica ha permés als investigadors assignar funcions activadoras o repressores a modificacions específiques. L'importància de la seqüència de ADN en la regulació del epigenoma s'ha demostrat per mig de l'us de motius de ADN per a predir la modificació epigenómica.[1] S'han estudiat els mecanismes darrere de l'epigenética a partir d'anàlisis bioquímics i estructurals in vitro. Utilisant organismes modele s'han pogut descriure el paper de molts factors de la cromatina per mig d'estudis knockout. No obstant, eliminar un modificador complet de la cromatina té efectes massius en tot el genoma, lo que pugues no ser una representació precisa de la seua funció en un context específic. Com a eixemple d'açò, la metilación de el ADN ocorre en regions repetides, promotors, potenciadores i cossos genètics. Encara que la metilación de el ADN en els promotors de gens generalment es correlaciona en la repressió genètica, la metilación en els cossos dels gens es correlaciona en l'activació dels gens i la metilación de el ADN també pot eixercitar un paper en el empalme de gens.[2] La capacitat d'apuntar i editar directament llocs de metilación individuals és fonamental per a determinar la funció exacta de la metilación de el ADN en un lloc específic. Per a l'edició de metilación de el ADN d'un lloc específic, aixina com per a l'edició de histona, els sistemes d'edició del genoma s'han adaptat a sistemes d'edició de epigenes.

Les proteïnes de localisació del genoma en funcions de nucleasa dissenyades o d'orige natural per a l'edició de gens poden mutarse i adaptar-se a sistemes purament d'administració. Es pot fusionar una enzima o domini modificador epigenético a la proteïna de localisació i es poden alterar modificacions epigenéticas locals despuix del reclutament de proteïnes.

Proteïnes dirigides

[editar | editar còdic]

TALE

[editar | editar còdic]

La proteïna efectora similar al activador de la transcripció (TALE) reconeix seqüències de ADN específiques segons la composició de la seua domini d'unió a el ADN.[3] Açò permet a l'investigador construir diferents proteïnes TALE per a reconéixer una seqüència de ADN objectiu per mig de l'edició de l'estructura proteica primària de TALE. La especificidad d'unió d'esta proteïna generalment es confirma per mig d'inmunoprecipitación de cromatina CHIP i seqüenciació de Sanger del fragment de ADN resultant.[4][5][6] Esta confirmació encara és necessària en totes les investigacions sobre reconeiximent de seqüències de TALE.[7] Quan s'utilisen per a l'edició del epigenoma, estes proteïnes d'unió a el ADN s'unixen a una proteïna efectora. Les proteïnes efectoras que s'han utilisat per a este propòsit inclouen la metilcitosina dioxigenasa 1 d'translocación dèu-onze (TET1),[5] la desmetilasa 1A específica de lisina (K) (LSD1)[6] i la proteïna 1 d'unió a calcio i integrina (CIB1).[4]

Proteïnes en dits de zinc

[editar | editar còdic]

També s'ha explorat l'us de proteïnes de fusió en dits de zinc per a reconéixer llocs per a l'edició del epigenoma. Es va construir una proteïna ZF-TET1 per a usar en la desmetilación de el ADN.[5] Estes proteïnes en dits de zinc funcionen de manera similar a les proteïnes TALE en el sentit de que poden unir-se a seqüències de llocs específics en el ADN en funció de la seua estructura proteica que pot modificar-se. També s'ha utilisat un domini d'unió a el ADN en dits de zinc acoplat en la proteïna TET1 per a induir la desmetilación de varis gens prèviament silenciats.[8] Kungulovski i Jeltsch varen utilisar en èxit la deposición guiada per ZFP del gen de metilación de el ADN per a provocar el silenciamiento del gen, pero la metilación i el silenciamiento de el ADN es varen perdre quan es va detindre la senyal desencadenant. Els autors sugerixen que per a que els canvis epigenéticos siguen estables, deu haver múltiples depòsits de metilación de el ADN de marques epigenéticas relacionades o estímuls desencadenants duradors.[9] L'edició epigenética de ZFP ha demostrat potencial per a tractar diverses malalties neurodegenerativas.[10]

CRISPR-Cas

[editar | editar còdic]

El sistema Cass de repetició palindrómica curta interespaciada reguladora agrupada (CRISPR) funciona com una nucleasa específica d'un lloc de ADN.[11] En el ben estudiat sistema CRISPR de tipo II, la nucleasa Cas9 s'associa en una quimera composta de tracrRNA i crRNA. Esta quimera es denomina freqüentment ARN guia (ARNg). Quan la proteïna Cas9 s'associa en un ARNg específic d'una regió de ADN, Cas9 escindix el ADN en els loci de ADN específics. No obstant, quan s'introduïxen les mutacions puntuals D10A i H840A, es genera una Cas9 catalíticamente morta (dCas9) que pot unir-se a el ADN, pero no s'escindix.[12] El sistema dCas9 s'ha utilisat per a la reprogramación epigenética dirigida en la finalitat d'introduir la metilación de el ADN en un lloc específic. En fusionar el domini catalític DNMT3A en la proteïna dCas9, dCas9-DNMT3a és capaç de conseguir la metilación específica de el ADN d'una regió objectiu, com s'especifica en el present ARN guia.[13] De manera similar, dCas9 s'ha fusionat en el núcleu catalític de la acetiltransferasa p300 humana. dCas9-p300 cataliza en èxit la acetilación dirigida de la histona H3 lisina 27.[14][15]

Una variant d'edició del epigenoma CRISPR (cridada FIRE-Cas9) permet revertir els canvis realisats, en cas que alguna cosa ixca mal.[16][17]


CRISPRoff és una proteïna de fusió Cas9 morta que pot usar-se per a silenciar hereditariamente l'expressió genètica de "la majoria dels gens" i permet modificacions reversibles.[18][19]

Proteïnes efectoras d'us comú

[editar | editar còdic]

"TET1 induïx la desmetilación de la citosina en els llocs CpG". Esta proteïna s'ha utilisat per a activar gens reprimits per la metilación de CpG i per a determinar el paper dels llocs de metilación de CpG individuals.[5] El LSD1 induïx la desmetilación de H3K4em1/2, lo que també provoca un efecte indirecte de desacetilación sobre H3K27. Este efector es pot utilisar en histona en regions potenciadoras, lo que pot canviar l'expressió de gens veïns.[6] CIB1 és un criptocromo sensible a la llum, este criptocromo està fusionat a la proteïna TALE. Una segona proteïna conté un companyer d'interacció (CRY2) fusionat en un modificador de cromatina/ADN (per eixemple, SID4X). CRY2 pot interactuar en CIB1 quan el criptocromo s'activa per mig d'allumenament en llum blava.[20] L'interacció permet que el modificador de cromatina actue en el lloc desijat. Açò significa que la modificació es pot realisar de forma inducible i reversible, lo que reduïx els efectes secundaris a llarc determini que causaria la modificació epigenética constitutiva.[4]

Aplicacions

[editar | editar còdic]

Estudie de la funció i activitat potenciadora

[editar | editar còdic]

S'ha demostrat l'edició de regions potenciadoras de gens en el genoma per mig de modificació epigenética dirigida. Este estudi va utilisar una proteïna de fusió efectora TALE-LSD1 per a apuntar a potenciadores de gens, induir el silenciamiento del potenciador i deduir l'activitat del potenciador i el control de gens. Dirigir-se a potenciadores específics seguits de RT-qPCR específica de locus permet determinar els gens afectats pel potenciador silenciat. Alternativament, induir el silenciamiento potenciador en regions aigües dalt dels gens permet alterar l'expressió gènica. Després es pot utilisar RT-qPCR per a estudiar els efectes d'açò en l'expressió genètica. Açò permet estudiar en detalle la funció i l'activitat del potenciador.[6]

Determinació de la funció de llocs de metilación específics

[editar | editar còdic]

És important comprendre el paper que eixerciten els llocs de metilación específics en la regulació de l'expressió genètica. Per a estudiar açò, un grup d'investigació va utilisar una proteïna de fusió TALE-TET1 per a desmetilar un únic lloc de metilación de CpG.[5] Encara que este enfocament requerix molts controls per a garantisar l'unió específica als loci objectiu, un estudi realisat correctament utilisant este enfocament pot determinar la funció biològica d'un lloc de metilación de CpG específic.[5]

Determinar directament el paper de les modificacions epigenéticas

[editar | editar còdic]

L'edició epigenética per mig d'un mecanisme inducible oferix una àmplia gama d'usos potencials per a estudiar els efectes epigenéticos en diversos estats. Un grup d'investigació va amprar un sistema optogenético de dos híbrits que integrava el domini d'unió a el ADN TALE específic de seqüència en una proteïna criptocromo 2 sensible a la llum (CIB1). Una volta expressat en les cèlules, el sistema va poder editar de forma inducible les modificacions de les histona i determinar la seua funció en un context específic.[4]

Ingenieria funcional

[editar | editar còdic]

La regulació dirigida de gens relacionats en malalties pot permetre noves teràpies per a moltes malalties, especialment en els casos en els que encara no s'han desenrollat teràpies gèniques adequades o són inapropiades.[21] Si be les conseqüències transgeneracionales i a nivell poblacional no es comprenen completament, pot convertir-se en una ferramenta important per a la genómica funcional aplicada i la medicina personalisada.[22] De la mateixa manera que en l'edició de ARN, no implica canvis genètics ni els riscs que els acompanyen.[21] En 2021 es va descriure un eixemple d'un possible us funcional de l'edició del epigenoma: la repressió de l'expressió del gen Nav1.7 per mig de CRISPR-dCas9, que va mostrar potencial terapèutic en tres models de rata en dolor crònic.[23][24]

Una investigació va evaluar la seua utilitat per a reduir els nivells de proteïna tau, regular una proteïna implicada en la malaltia de Huntington, combatre una forma hereditària d'obesitat i el síndrome de Dravet.[25]

Estudis d'envelliment i rellonges epigenéticos

[editar | editar còdic]

L'edició del epigenoma també s'ha utilisat per a investigar els mecanismes que podrien regular l'edat biològica. En 2025, un grup d'investigadors varen modificar els nivells de metilación d'alguns gens que normalment guanyen metilación en l'edat (ej, PDE4C i FHL2), aixina com gens que tendixen a perdre metilación en l'edat (ej, COL1A1 i MEIS1-AS3). Açò últim es va realisar en la finalitat de comprendre els efectes de metilación sobre l'edat biològica. Els investigadors varen demostrar que les modificacions no solament varen induir canvis en els llocs modificats, sino que també varen induir canvis en la metilación en mils de llocs CpG adicionals en tot el genoma. Açò sugerix que l'edició d'un menut número de CpG associats a l'edat podrien pertorbar una ret epigenética d'envelliment més àmplia. No obstant, els CpG hipermetilados per l'edat varen mostrar un aument més estable de metilación despuix de l'edició, mentres que els CpG hipometilados per l'edat varen tendir a perdre la metilación forçada i varen retornar al seu estat original en el temps. [26]


Referències

[editar | editar còdic]
  1. ↑ Nature Methods.12(3)
    265–72, 7 p following 272.doi:10.1038/nmeth.3065.
  2. ↑ Nature Reviews Genetics.13(7)
    484–492.ISSN 1471-0064.doi:10.1038/nrg3230.
  3. ↑ Trends in Biotechnology.31(7)
    397–405.doi:10.1016/j.tibtech.2013.04.004.
  4. ↑ 4,0 4,1 4,2 4,3 Nature.500(7463)
    472–476.doi:10.1038/nature12466.
  5. ↑ 5,0 5,1 5,2 5,3 5,4 5,5 Nature Biotechnology.31(12)
    1137–42.doi:10.1038/nbt.2726.
  6. ↑ 6,0 6,1 6,2 6,3 Nature Biotechnology.31(12)
    1133–6.doi:10.1038/nbt.2701.
  7. ↑ Nature Biotechnology.31(12)
    1097–9.doi:10.1038/nbt.2756.
  8. ↑ Nucleic Acids Research.42(3)
    1563–74.doi:10.1093/nar/gkt1019.
  9. ↑ Epigenetics & Chromatin.8(1)
    12.doi:10.1186/s13072-015-0002-z.
  10. ↑ Brain.140(12)
    3252–3268.doi:10.1093/brain/awx272.
  11. ↑ Biolabs. «CRISPR/Cas9 and Targeted Genome Editing: A New Era in Molecular Biology | NEB». www.neb.com. Consultat el 2016-06-07.
  12. ↑ «Addgene: CRISPR/Cas9 Guide». www.addgene.org. Consultat el 2016-06-07.
  13. ↑ Biology Open.5(6)
    866–74.doi:10.1242/bio.019067.
  14. ↑ Nature Biotechnology.33(5)
    510–7.doi:10.1038/nbt.3199.
  15. ↑ Trends in genetics: TIG.37(11)
    1028–1043.ISSN 0168-9525.doi:10.1016/j.tig.2021.07.003.
  16. ↑ (2017).Nature Communications.8(1)doi:10.1038/s41467-017-00644-i.
  17. ↑ Cell.172(5)
    979–992.i6.doi:10.1016/j.cell.2018.01.012.
  18. ↑ «[1]», phys.org. Consultat el 10 May 2021 (en en).
  19. ↑ Cell.184(9)
    2503–2519.i17.ISSN 0092-8674.doi:10.1016/j.cell.2021.03.025.
  20. ↑ Science.322(5907)
    1535–1539.ISSN 0036-8075.doi:10.1126/science.1163927.
  21. ↑ 21,0 21,1 Trends in Genetics.32(2)
    101–113.ISSN 0168-9525.doi:10.1016/j.tig.2015.12.001.Consultat el 2021-04-30.
  22. ↑ Epigenetics & Chromatin.8(1)
    34.ISSN 1756-8935.doi:10.1186/s13072-015-0023-7.
  23. ↑ «[2]», New Atles. Consultat el 2021-04-18.
  24. ↑ Science Translational Medicine.13(584)
    eaay9056.ISSN 1946-6234.doi:10.1126/scitranslmed.aay9056.
  25. ↑ KAISER. «Better than CRISPR? Another way to fix gene problems may be safer and more versatile» (en en). www.science.org. Consultat el 2022-08-21.
  26. ↑ “Epigenetic editing at individual age-associated CpGs affects the genome-wide epigenetic aging landscape.” . Nat Aging (June 2025). doi:10.1038/s43587-025-00841-1.
Obtingut de «https://www.lenciclopedia.org/w/index.php?title=Edició_del_epigenoma&oldid=671974»