¿CRISPR qué? (II) - ¡KO!

En la entrada previa veíamos cómo se descubrió la técnica del CRISPR/Cas9, cuál es su función original en bacterias y de que forma la podemos aplicar en células humanas. Hoy daremos un repaso más detallado a una de sus aplicaciones dentro de la investigación oncológica. Así, quizá entenderéis porque los descubridores y estudiosos del CRISPR suenan como candidatos al premio Nobel de medicina.

CRISPR/Cas9 y Knock-outs
Knock-out. Este palabro inglés esta continuamente en boca de los que trabajamos en un laboratorio de investigación del cáncer. El término en cuestión, como quizá sepáis unos cuantos se utiliza también en el boxeo. Cuando un boxeador, noquea a su adversario; es decir, lo deja medio inconsciente y tirado en la lona, se habla de un knock-out o lo que es lo mismo, un KO; el contrincante queda completamente fuera de juego.

Pues bien, en ciencia, nos encanta hacer knock-outs. Y no se trata de liarse a puñetazos con tu compañero de poyata para ver quién va de primer autor en un artículo. Sino que lo que noqueamos son genes en células para ver que efecto tienen. 

Algunos investigadores viven la ciencia muy intensamente

Hay diversas formas de deshacerse de un gen para estudiar su función, pero la técnica del CRISPR/Cas9 se ha convertido en la más extendida por su sencillez y su aplicabilidad incluso en modelos animales, tan necesarios para la investigación.

En la entrada anterior vimos que la proteína Cas9 son unas tijeras moleculares que funcionan de manera dirigida; cortan el ADN en un sitio específico ayudados de una molécula de sgRNA que les indica dónde cortar. Nuestras células son bastante inteligentes, y si cortamos un gen por la mitad, van a intentar repararlo uniéndolo de nuevo con un mecanismo cuyo nombre es mucho más complejo que el concepto. El proceso en cuestión se llama NHEJ, pero no se le conoce como "nej" sino como Recombinación de Extremos no Homólogos por sus siglas en inglés (Non-homologous End Joining). Este sistema reconoce una rotura en la doble hebra de ADN e intenta pegarla de nuevo. Pero muchas veces, cometen errores y al pegar los dos extremos del gen que han sido cortados lo hacen erróneamente. Esto se traduce en que esa secuencia que estaba perfectamente organizada, ya no lo esta y por tanto la proteína derivada de ese gen no podrá generarse.

De vuelta a IKEA
Si sois asiduos al blog, sabréis que un gen esta compuesto por una secuencia de ADN perfectamente ordenada que es traducida en una proteína, que será la molécula que llevará a cabo la función final de ese gen. Es mis ejemplos de mobiliario sueco, decíamos que el ADN son las instrucciones de la cama MALM, mientras que la proteína se correspondería con la cama ya montada, que es dónde descansamos después de un duro día en el laboratorio. Es el elemento que realiza la función, dejarnos descansar sobre él.

Si tú recibes las instrucciones de tu cama MALM en perfecto estado, no resulta especialmente complicado leerlas para poder armar el mueble sin (demasiados) problemas. Ahora bien, si aparece por allí tu vecino del quinto, Cas9 y te parte la primera hoja por la mitad, tienes un problema.

El bully Cas9 partiendo tu gen por la mitad

Por suerte, tu otra vecina NHEJ, que siempre te lleva pasteles de manzana, tiene un pegamento milagroso y te ayuda a volver a juntar las dos partes de la hoja. Ahora bien, al pegarlas de nuevo, ha quedado superpuesta una parte sobre la otra y se ha perdido la información de dos lineas que explicaban como armar las dos primeras piezas de la cama. Sin esas dos primeras piezas, es imposible continuar armando la cama puesto que nada encaja. Es decir, tus instrucciones, aunque han sido reparadas son completamente inútiles puesto que no vas a poder armar la cama por completo. El Cas9 ha conseguido su efecto.

Aunque, como siempre, la realidad es bastante más compleja y hay otras miles de cosas que ocurren para que esto ocurra, este ejemplo tan escandinavo y simple nos ayuda a entender porque el cortar el ADN de un gen puede desembocar en que la proteína nunca llegue a generarse.

¿Por qué nos interesa hacer un knock-out?
¿Y que ganamos nosotros privando a una célula de un gen? ¿No habíamos quedado que el cáncer es una enfermedad genética y que si algo tenemos que hacer, es arreglar el genoma de las células tumorales en lugar de entorpecerlo un poco más? Pues es bien sencillo, el eliminar un gen de una célula, o incluso a de un modelo animal, nos va a permitir estudiar cual es su función en el tumor mediante distintos experimentos. 

Imaginemos que tenemos una célula tumoral en cultivo y tenemos sospechas de que el gen Pokemon es responsable de que ese célula se duplique y continue su crecimiento sin parar (Aunque parezca de broma, a este gen se le conoce también como Pokemon, los científicos siempre hemos sido un poco frikis). Lo que haremos será repartir esas células en dos placas para su estudio. A una de ellas introduciremos la Cas9 y un sgRNA que reconozca la secuencia del gen Pokemon para que el gen sea cortado y noqueado. A la otra le introduciremos igualmente la Cas9 y un sgRNA que no reconozca ninguna secuencia (a poder ser) y nos servirá como control. Algún día hablaremos de la importancia de los controles en la investigación. Nuestro control nos permitirá, por comparación, saber si noquear el gen Pokemon tiene algún efecto. 

Ahora imaginemos que hacemos un experimento que nos permita medir la velocidad a la que crecen estas células y vemos que las que tienen el gen Pokemon noqueado lo hacen mucho más lentamente que nuestro control o incluso ¡mueren! Podemos interpretar este resultado como que efectivamente, el gen Pokemon es importante para el crecimiento de las células y que estamos en la senda correcta. Si seguimos investigando este gen quizá descubramos que el gen Pokemon es una buena opción cono diana terapéutica.

¡Aquí tenemos un Pokemon completamente KO!

De momento lo vamos a dejar aquí puesto que la entrada ya se va alargando. Pero tened en cuenta que esto no es más que el principio del CRISPR/Cas9. El ingenio de los investigadores ha favorecido el desarrollo de aplicaciones que nos permiten por ejemplo hacer un "knock-down". Tras aprender lo que es un Knock-out, ¿alguna idea de qué puede ser un knock-down? Coméntalo aquí abajo o si no, sigue conmigo en la próxima entrada, tras las huellas del cáncer.

FdM.