Avances en Técnicas de Expresión de Proteínas

Las proteínas son partes esenciales de todos los organismos vivos. Juegan roles clave en muchos procesos biológicos. Entender cómo funcionan las proteínas y cómo interactúan entre sí es importante en muchas áreas de la ciencia, incluyendo medicina y genética. Un aspecto interesante de las proteínas es que pueden formar complejos con otras proteínas. Esto es especialmente importante para averiguar cómo funcionan y cómo han cambiado con el tiempo.

En las células, a menudo es necesario estudiar las acciones e interacciones de múltiples genes al mismo tiempo. En organismos más simples como bacterias y levaduras, los científicos pueden expresar fácilmente muchos genes usando secuencias de ADN específicas llamadas promotores. Sin embargo, esto puede ser complicado en organismos más complejos. En los animales, hacer que varios genes trabajen juntos puede ser bastante desafiante.

#Técnicas de Expresión Génica

Una forma de expresar múltiples genes a la vez es usando un tipo especial de ARN mensajero (ARNm). Este tipo de ARNm puede llevar la información de varios genes. Por ejemplo, una secuencia llamada Sitio de Entrada del Ribosoma Interno (IRES) permite la traducción de dos genes a partir de una sola hebra de ARNm. Sin embargo, usar IRES a menudo resulta en una menor producción del segundo gen en comparación con el primero.

Otro método avanzado implica el uso de péptidos cortos conocidos como péptidos 2A. Estos péptidos ayudan a expresar múltiples proteínas a partir de una sola hebra de ARNm. Cuando se producen estos péptidos, interfieren con el ribosoma de tal manera que permiten al sistema saltarse ciertas secciones, lo que lleva a la producción de varias proteínas. Este método ha demostrado funcionar para expresar hasta cuatro genes simultáneamente, pero la eficiencia disminuye con cada gen adicional.

En células de mamíferos, un sistema llamado MultiLabel puede expresar hasta cinco genes a la vez. Este sistema se basa en un método de expresión de baculovirus usado en líneas celulares específicas de polillas.

#Empalme Alternativo

Otra forma en que la naturaleza crea diversidad en las proteínas es a través de un proceso llamado empalme alternativo. Esto permite que un solo gen produzca múltiples formas proteínicas incluyendo o excluyendo ciertos segmentos durante la creación de ARNm. Un ejemplo bien conocido de empalme alternativo es la molécula de adhesión celular DSCAM del síndrome de Down en Drosophila. El gen Dscam puede formar muchas versiones diferentes de la proteína debido a su complejo mecanismo de empalme.

Dscam contiene un conjunto de exones que pueden seleccionarse de manera mutuamente exclusiva. Esto significa que durante el proceso de transcripción, solo se incluye una versión de varias opciones en el ARNm final. Esto crea una amplia variedad de productos proteicos potenciales.

#El Sistema de Expresión de Politransgenes (PXGS)

El Sistema de Expresión de Politransgenes (PXGS) es un nuevo método que utiliza la propiedad de empalme alternativo de Dscam. Al colocar toda la región de empalme de Dscam en un vector de ADN, los investigadores pueden modificarlo para expresar cualquier gen que deseen basado en las opciones de empalme disponibles. Esto permite a los científicos aprovechar la habilidad única de Dscam para producir muchas proteínas diferentes.

Usando este sistema, los investigadores pueden manipular fácilmente la expresión génica para controlar mejor cómo y cuándo se producen ciertas proteínas en una célula. PXGS puede permitir el estudio de más de un gen a la vez.

#Verificación del Empalme de Dscam en PXGS

Antes de usar PXGS, era importante verificar que el empalme único de Dscam aún funcionara correctamente. Los científicos realizaron pruebas insertando partes del gen Dscam en un nuevo constructo de ADN. Querían asegurarse de que el proceso de empalme se mantuviera intacto al usar un promotor específico que permite la expresión controlada. Los resultados confirmaron que las variantes deseadas de Dscam se produjeron como se esperaba.

#Proteínas Fluorescentes y Reemplazo de Genes

Los investigadores también probaron la capacidad de insertar diferentes genes en el marco de Dscam. Al reemplazar exones específicos de Dscam con genes que producen proteínas fluorescentes, pudieron rastrear dónde y cómo se expresan estas proteínas dentro de las células. Las pruebas iniciales mostraron que no solo podían reemplazar exones con genes fluorescentes, sino que el sistema seguía funcionando correctamente, indicando que las secuencias específicas de Dscam no eran estrictamente necesarias para el empalme.

#Expresión Multicolor en Células

El sistema PXGS permite la expresión simultánea de múltiples proteínas fluorescentes dentro de un solo tipo de célula. En los experimentos realizados, esta configuración logró expresar con éxito cuatro colores diferentes de proteínas fluorescentes para distinguir células específicas.

Al aplicar este método a las células neuronales, los investigadores encontraron que la fluorescencia se extendió por las neuronas deseadas, mostrando una expresión efectiva de las diferentes proteínas. Sin embargo, aunque el sistema funcionó bien, encontraron que el brillo de los colores individuales era más bajo de lo esperado debido a la distribución de la expresión entre múltiples proteínas.

#Usando PXGS Más Allá de Neuronas

Dado que Dscam se expresa en varios tejidos, no solo en células neuronales, los investigadores se propusieron probar el PXGS en otros tipos de células también. Diseñaron con éxito un constructo PXGS multicolor que permitió la expresión de múltiples fluoróforos en diversas células. Al cruzar las líneas PXGS con diferentes controladores Gal4, pudieron etiquetar tanto células neuronales como no neuronales en todo el organismo.

#Expresión Funcional en la Organización del Tejido

Una parte significativa del uso de PXGS fue probar si podía expresar genes grandes y funcionalmente significativos. Los investigadores seleccionaron varios receptores de superficie celular e incorporaron en el marco PXGS para expresarlos incorrectamente específicamente en neuronas sensoriales. Esto les permitió estudiar los patrones de cableado neuronal y cómo esos receptores interactuaban entre sí en vivo.

Los resultados de estas pruebas demostraron que la expresión incorrecta llevó a cambios notables en el crecimiento de los axones y los patrones de ramificación. Estos hallazgos proporcionaron información sobre cómo ciertos receptores influyen en el desarrollo y la estructura de las conexiones neuronales.

#Conclusión

El Sistema de Expresión de Politransgenes (PXGS) ofrece un nuevo enfoque prometedor para estudiar la expresión génica y sus efectos en los sistemas biológicos. Al permitir que múltiples genes se expresen juntos, los investigadores pueden obtener una comprensión más profunda de las funciones celulares, las interacciones proteicas y los procesos de desarrollo en organismos complejos como las moscas de la fruta. Esta tecnología innovadora tiene el potencial de ser adaptada para diversas aplicaciones en biología sintética y estudios de expresión génica en diferentes especies.