Nuevos avances en la investigación del genoma del ratón

Los ratones han sido una parte clave de la investigación científica durante más de un siglo. Ayudan a los científicos a aprender sobre enfermedades humanas, encontrar tratamientos y entender cómo funcionan nuestros cuerpos. Algunos descubrimientos importantes hechos con ratones incluyen el papel de ciertos genes en nuestro sistema inmunológico y la creación de células madre especiales que pueden convertirse en diferentes tipos de células.

En 2002, los científicos completaron el primer genoma completo de un ratón, específicamente de la cepa C57BL/6J. El genoma es el conjunto completo de ADN en un organismo. El genoma del ratón tiene 19 pares de cromosomas y un cromosoma X, mientras que el cromosoma Y es diferente en que tiene una estructura única. Algunas partes del genoma del ratón son difíciles de estudiar por la forma en que están construidos sus cromosomas. El genoma actual del ratón está incompleto, con alrededor de 281 huecos. Estos huecos están presentes en cada cromosoma, y áreas importantes como los Telómeros y los Centrómeros siguen sin resolverse.

#La Importancia de los Telómeros y Centrómeros

Los telómeros son los extremos protectores de los cromosomas que ayudan a prevenir que sean dañados. Los centrómeros juegan un papel importante durante la división celular, ayudando a separar correctamente los cromosomas. El genoma actual del ratón no refleja con precisión estas partes importantes de los cromosomas.

Los avances recientes en la tecnología de secuenciación de ADN ofrecen una forma de crear genomas de ratón más completos. Este estudio utilizó un método que permite a los científicos leer tramos de ADN muy largos, brindando una oportunidad para llenar los huecos en la genética del ratón.

#Creando Genomas de Ratón T2T

Los investigadores produjeron los primeros genomas completos de ratón para las cepas C57BL/6J y CAST/EiJ. Estos genomas completos, llamados T2T (Telómero a Telómero), contienen todas las estructuras que faltaban anteriormente, incluidos telómeros y centrómeros completos. Los nuevos genomas son más completos que las versiones antiguas, ampliando enormemente la comprensión de la genética del ratón.

El ADN se obtuvo de células madre embrionarias de una mezcla de las dos cepas de ratón. Los científicos utilizaron métodos de secuenciación tanto de lectura larga como corta para ensamblar los genomas. Crearon seis ensamblajes diferentes de genomas y los compararon, seleccionando el mejor basado en un conjunto de medidas de calidad.

#Encontrando Partes Faltantes del Genoma

Algunos cromosomas seguían incompletos, careciendo de secuencias teloméricas en sus extremos. Para encontrar estas partes faltantes, los investigadores buscaron secuencias repetidas específicas en los fragmentos de ADN no colocados. También usaron un método llamado Hi-C de largo alcance para ayudar a asignar las secuencias restantes a los cromosomas correctos.

Al comparar los nuevos genomas con la versión anterior, quedó claro que las nuevas versiones tenían una secuencia más larga. Por ejemplo, el genoma T2T de C57BL/6J añadió 208 megabases (Mbp) de secuencia en comparación con la versión anterior.

#Precisión Estructural

Para comprobar cuán precisos eran los nuevos ensamblajes de genoma, los investigadores analizaron las estructuras en los cromosomas. Descubrieron que el genoma T2T tenía menos variantes estructurales (SVs) en comparación con el genoma más antiguo. Se observaron menos inserciones, eliminaciones, duplicaciones e Inversiones en la nueva versión, lo que indica una estructura más estable.

#Entendiendo la Estructura del Cromosoma

Los nuevos genomas permitieron una comparación entre la estructura de los cromosomas. Se notó que los nuevos genomas contenían representaciones completas tanto de telómeros como de centrómeros en todos los cromosomas. Los huecos en el ensamblaje anterior se completaron con nuevos datos, revelando diferencias a gran escala entre las dos cepas de ratones.

Los investigadores descubrieron que los telómeros y centrómeros habían sido mal representados en el genoma antiguo, y los nuevos ensamblajes mejoraron enormemente esta representación. Los nuevos genomas muestran aumentos sustanciales en las secuencias satélite, que son importantes para la estructura y función del cromosoma.

#Anotación de Genes y Genes Nuevos

La anotación de genes se realizó utilizando secuenciación de ARN de varios tipos de tejido. El número de genes que codifican proteínas encontrado en los nuevos genomas era comparable con el genoma de referencia anterior. Sin embargo, los investigadores identificaron nuevos genes que no se habían visto antes.

El estudio encontró varios genes nuevos en ambas cepas. Estos genes nuevos variaban en tamaño y contenían muchos exones diferentes, que son partes de los genes que codifican proteínas. Algunos de estos nuevos genes fueron encontrados similares a proteínas conocidas, insinuando sus posibles funciones.

#Aumento en el Número de Copias de Genes

Los investigadores también encontraron un número de genes que tenían un aumento en el número de copias en los genomas T2T en comparación con la versión anterior. Esto significa que algunos genes estaban presentes en mayores cantidades en los nuevos genomas. Estos genes pertenecían a varias categorías, incluyendo aquellos relacionados con el sistema inmunológico. También se notaron diferencias en el número de copias de ciertos genes entre las dos cepas.

#Estructura de Telómeros y Centrómeros

Los telómeros y centrómeros juegan roles vitales en la estabilidad de los cromosomas. Los nuevos genomas mostraron una mejora significativa en la representación de estas regiones. Los genomas T2T de C57BL/6J y CAST/EiJ tenían telómeros mucho más largos que el genoma de referencia anterior.

Los investigadores encontraron que las longitudes de los telómeros eran generalmente más largas en los ratones en comparación con los humanos. El estudio detalló el tamaño y la estructura de los telómeros y centrómeros, destacando diferencias entre las dos cepas de ratones.

Los centrómeros en los ratones se encontraron compuestos por tipos específicos de ADN satélite, que habían sido mal caracterizados en estudios anteriores. Los nuevos genomas permitieron una mejor comprensión de las regiones centrómeras, revelando su complejidad estructural.

#Comparando los Extremos de los Cromosomas Telocéntricos

Los cromosomas de los ratones son únicos en el sentido de que tienen sus centrómeros ubicados en el extremo de los cromosomas, una estructura conocida como telocéntrico. Los investigadores compararon las estructuras telocéntricas en ambas cepas de ratón, revelando diferencias en su disposición de secuencias repetidas.

Las cepas C57BL/6J mostraron una organización de repetidos distinta, mientras que CAST/EiJ tuvo una organización más variable. Esto resalta la diversidad de las estructuras cromosómicas entre las dos cepas.

#Completando el Genoma de Referencia del Ratón

A pesar de los intentos previos, la referencia del genoma de ratón sigue incompleta. El ensamblaje T2T C57BL/6J logró llenar muchos huecos, añadiendo una cantidad significativa de secuencia al genoma del ratón. El trabajo reveló un total de 301 genes que codifican proteínas en las regiones que antes faltaban.

Los investigadores destacaron regiones específicas de interés, como aquellas relacionadas con la respuesta inmunitaria, permitiendo futuros estudios sobre su función. Este enfoque integral para llenar huecos mejora significativamente la calidad general del genoma del ratón.

#Regiones Pseudoautosómicas

El estudio también se centró en una región llamada la región pseudoautosómica (PAR), que se comparte entre los cromosomas X e Y. Los nuevos ensamblajes mejoraron la comprensión del PAR y revelaron muchos nuevos genes y características estructurales.

Al comparar el PAR entre las dos cepas de ratón, los investigadores notaron diferencias en el contenido y la estructura de los genes, indicando que incluso pequeñas regiones del genoma pueden exhibir variaciones significativas.

#Inversiones en el Genoma del Ratón

Las inversiones son reorganizaciones en el genoma que pueden impactar la función y regulación de los genes. Este estudio identificó numerosas inversiones entre las dos cepas de ratón, arrojando luz sobre sus orígenes y el papel de las secuencias repetidas en la creación de estos cambios estructurales.

Los investigadores encontraron que muchas inversiones estaban asociadas con grandes segmentos repetidos, sugiriendo que estos segmentos pueden desempeñar un papel en la evolución y función del genoma.

#Proteínas KRAB de Dedos de Zinc

Las proteínas KRAB de dedos de zinc (KZFPs) son críticas para regular la expresión genética. Los nuevos ensamblajes mejoraron enormemente la cobertura de estas proteínas, permitiendo una mejor comprensión de sus roles en el genoma. Se encontraron diferencias en el número y disposición de las familias de KZFP entre las dos cepas, indicando que estas regiones están sujetas a cambios evolutivos.

#Conclusión

Este estudio marca un avance significativo en la genética del ratón. Al crear genomas más completos para dos cepas clave, los investigadores han abierto la puerta a nuevas investigaciones en genética y enfermedades. Estos genomas mejorados proporcionan una imagen más clara de las regiones que antes faltaban, mejorando nuestra comprensión de cómo funcionan y evolucionan estas regiones.

El trabajo ofrece una base para futuros estudios que explorarán variaciones genéticas y sus implicaciones para la salud y la enfermedad. A medida que los investigadores continúan construyendo sobre este trabajo, surgirán más ideas sobre las complejidades de la genética, en última instancia beneficiando nuestra comprensión de los procesos biológicos y el potencial para desarrollar tratamientos para enfermedades.