9.11: Expresión génica específica de células
- Page ID
- 57019
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\)
\( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\)
\( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\)
\( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)
\( \newcommand{\vectorA}[1]{\vec{#1}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorAt}[1]{\vec{\text{#1}}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorB}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vectorC}[1]{\textbf{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorD}[1]{\overrightarrow{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorDt}[1]{\overrightarrow{\text{#1}}} \)
\( \newcommand{\vectE}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash{\mathbf {#1}}}} \)
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\(\newcommand{\avec}{\mathbf a}\) \(\newcommand{\bvec}{\mathbf b}\) \(\newcommand{\cvec}{\mathbf c}\) \(\newcommand{\dvec}{\mathbf d}\) \(\newcommand{\dtil}{\widetilde{\mathbf d}}\) \(\newcommand{\evec}{\mathbf e}\) \(\newcommand{\fvec}{\mathbf f}\) \(\newcommand{\nvec}{\mathbf n}\) \(\newcommand{\pvec}{\mathbf p}\) \(\newcommand{\qvec}{\mathbf q}\) \(\newcommand{\svec}{\mathbf s}\) \(\newcommand{\tvec}{\mathbf t}\) \(\newcommand{\uvec}{\mathbf u}\) \(\newcommand{\vvec}{\mathbf v}\) \(\newcommand{\wvec}{\mathbf w}\) \(\newcommand{\xvec}{\mathbf x}\) \(\newcommand{\yvec}{\mathbf y}\) \(\newcommand{\zvec}{\mathbf z}\) \(\newcommand{\rvec}{\mathbf r}\) \(\newcommand{\mvec}{\mathbf m}\) \(\newcommand{\zerovec}{\mathbf 0}\) \(\newcommand{\onevec}{\mathbf 1}\) \(\newcommand{\real}{\mathbb R}\) \(\newcommand{\twovec}[2]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\ctwovec}[2]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\threevec}[3]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cthreevec}[3]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fourvec}[4]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfourvec}[4]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fivevec}[5]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfivevec}[5]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\mattwo}[4]{\left[\begin{array}{rr}#1 \amp #2 \\ #3 \amp #4 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\laspan}[1]{\text{Span}\{#1\}}\) \(\newcommand{\bcal}{\cal B}\) \(\newcommand{\ccal}{\cal C}\) \(\newcommand{\scal}{\cal S}\) \(\newcommand{\wcal}{\cal W}\) \(\newcommand{\ecal}{\cal E}\) \(\newcommand{\coords}[2]{\left\{#1\right\}_{#2}}\) \(\newcommand{\gray}[1]{\color{gray}{#1}}\) \(\newcommand{\lgray}[1]{\color{lightgray}{#1}}\) \(\newcommand{\rank}{\operatorname{rank}}\) \(\newcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\col}{\text{Col}}\) \(\renewcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\nul}{\text{Nul}}\) \(\newcommand{\var}{\text{Var}}\) \(\newcommand{\corr}{\text{corr}}\) \(\newcommand{\len}[1]{\left|#1\right|}\) \(\newcommand{\bbar}{\overline{\bvec}}\) \(\newcommand{\bhat}{\widehat{\bvec}}\) \(\newcommand{\bperp}{\bvec^\perp}\) \(\newcommand{\xhat}{\widehat{\xvec}}\) \(\newcommand{\vhat}{\widehat{\vvec}}\) \(\newcommand{\uhat}{\widehat{\uvec}}\) \(\newcommand{\what}{\widehat{\wvec}}\) \(\newcommand{\Sighat}{\widehat{\Sigma}}\) \(\newcommand{\lt}{<}\) \(\newcommand{\gt}{>}\) \(\newcommand{\amp}{&}\) \(\definecolor{fillinmathshade}{gray}{0.9}\)
Un ejemplo: Hacer Drosophila transgénica para ADN recombinante que contenga:
- el gen Z para la beta-galactosidasa
- par saltado (eve), (otro gen homeobox).
Cualquier célula con los factores de transcripción para activar el promotor par saltado comenzará a producir beta-galactosidasa. Dado el sustrato adecuado, la enzima produce un producto coloreado.
La fotomicrografía anterior muestra 7 bandas de este producto coloreado identificando las células que estaban expresando el gen saltado par. Este evento fue “reportado” por el gen lacZ. Las 7 franjas oscuras revelan regiones que se alternan con las 7 bandas formadas por las células que expresan fushi-tarazu.
Proteína verde fluorescente (GFP)
En la naturaleza, la proteína verde fluorescente (GFP) es producida por, Aequorea victoria, la medusa del noroeste del Pacífico. La proteína se ha vuelto de gran interés para los biólogos celulares y moleculares porque puede revelar la expresión génica en células vivas.
Esto se hace fusionando el gen para GFP con el gen cuya expresión le interesa. Cuando ese gen se enciende en una célula, no solo se sintetiza su proteína, sino que también se sintetiza GFP. Iluminar las células con luz casi ultravioleta hace que emitan fluorescencia de un verde brillante. De esta manera, el experimentador puede ver cuándo y dónde se expresa el gen en el organismo vivo.
Fichas de ADN
Todos los métodos descritos hasta ahora se limitan a monitorear la expresión de uno o, como mucho, de algunos genes. Pero a medida que cambian las condiciones en una célula, la transcripción y traducción de literalmente cientos de genes puede verse alterada.
Gracias al matrimonio de
- tecnología de chip semiconductor
- síntesis automatizada de oligodesoxinucleótidos
- escáneres de fluorescencia automatizados
- software de computadora,
ahora es posible monitorear la actividad de literalmente miles de genes en un tipo de célula. Para ejemplos:
- células de mamífero cuando se transfieren de un medio de cultivo “mínimo” a uno enriquecido en factores de crecimiento;
- los músculos esqueléticos de los ratones a medida que envejecen.
El chip
- Examinar las secuencias génicas publicadas.
- Para cada gen, elija ~20 tramos diferentes de ~25 nucleótidos que parezcan característicos de ese gen.
- Sintetizar oligodesoxinucleótidos correspondientes a estos.
- También sintetizar oligodesoxinucleótidos para cada uno de los anteriores que tengan un nucleótido alterado (generalmente cerca del medio). Estos proporcionarán un control.
- Usando máquinas robóticas de fabricación de chips, localice estos oligonucleótidos individualmente en matrices, recibiendo cada punto millones de copias que se fijan a la superficie del chip.
Con la finalización parcial del proyecto del genoma humano, tres empresas están vendiendo chips de ADN que contienen de 36 mil a 50 mil piezas de ADN que se cree que representan diferentes genes humanos.
El Ensayo
- Cosecha tus células. Presumiblemente están expresando un subconjunto característico de sus genes; es decir, transcribiéndolos en moléculas de ARN mensajero (ARNm).
- Extraer el ARN.
- Hacer ADN complementario (ADNc) tratando la mezcla de ARN con transcriptasa inversa.
- Transcribir el ADNc de nuevo en el ARN ahora muy amplificado.
- Adjuntar etiquetas fluorescentes al ARN.
- Inundar el chip con esta mezcla.
- Los ARN que encuentren sus secuencias complementarias en el chip se unirán a ellos. (Se unirán menos fuertemente a manchas adyacentes con el cambio de un solo nucleótido si la unión es verdaderamente específica.
- Ilumina el chip y registra automáticamente las intensidades del color en cada punto.
- Usa una computadora para analizar el patrón.
Resultados del monitoreo de la expresión en todo el genoma
- Este trabajo fue reportado por V. R. Iyer, et al en la edición del 1 de enero de 1999 de Science. Implicó el monitoreo de la expresión de 8613 genes diferentes.
- Los ratones criados con una dieta restringida no mostraron cambios tan dramáticos en la expresión génica a medida que envejecían. Esto encaja bien con los datos de que los ratones con dietas restringidas envejecen más lentamente que aquellos con dietas ricas.