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28 January 2016

DESCONTROL A DISTANCIA DEL ADN EN CÁNCER: “AGUJEROS DE GUSANO” DEL GENOMA



¿Cómo se controlan los genes? La visión tradicional es que los genes (secuencias de nuestro ADN que originan las proteínas, los ladrillos de nuestras células) se regulan y vigilan desde una region del genoma cercana que se denomina “promotor”. Podemos imaginarlo como que la forma más cercana de que un punto A regule un punto B dibujado en un papel blanco es la línea recta y efectivamente este control cercano y directo de la expresión de los genes se produce. Pero desde hace unos pocos años empezamos a saber que existe un control de los genes a “distancia”, como por control remoto. Es decir para ir del punto A al B no dibujamos una línea recta si no que doblamos el papel sobre sí mismo y ahora el punto A esta situado sobre el punto B. Este concepto sería similar al del concepto astrofisico del “agujeros de gusano” (“Wormholes”): dos planetas parecen muy alejados en línea recta pero en un universo tridimensional uno podría estar encima del otro y estar en realidad más cercano. Un artículo publicado en Genome Biology dirigido por el Dr. Manel Esteller, Director del Programa de Epigenética y Biología del Cáncer del Instituto de Investigaciones Biomédicas de Bellvitge (IDIBELL), Investigador ICREA y Profesor de Genética de la Universidad de Barcelona, demuestra que las células tumorales han perdido en buena parte la capacidad de realizar estos controles a distancia de los genes (“agujeros de gusano” del genoma) debido a la presencia de modificaciones químicas: cambios epi-genéticos.

"Hemos encontrado que una clase de regiones reguladora de los genes a distancia, llamada Super-Enhancers, presenta cambios en los niveles de metilación del ADN, la marca química más importante de nuestro genoma.” - declara Dr. Manel Esteller, director del estudio -  "Esta alteración provoca que las secuencias controladoras no puedan plegarse sobre los genes y regularlos, activándose genes que promueven el crecimiento e inactivándose genes que lo inhiben. Descubrimientos como este y de otros colegas nos hacen pensar que ya será muy difícil pensar en los genes de forma lineal y estática, y en cambio tendremos que pensar en ellos como formando parte de un entramado dinámico, como si fueran piezas de un puzzle de 3D.” – concluye Dr. Esteller.

Artículo:
Heyn H, Vidal E, Ferreira HJ, Vizoso M, Sayols S, Gomez A, Moran S, Boque-Sastre R, Guil S, Martinez-Cardus A, Lin CY, Royo R, Sanchez-Mut JV, Martinez R, Gut M,  Torrents D, Orozco M, Gut I, Young RA, Esteller M. Epigenomic analysis detects aberrant super-enhancer DNA methylation in human cancer.
Genome Biology, 2016.




18 June 2012

Bioinformáticas del CNIO y del CRG investigan una nueva manera de codificar la información del genoma


Secuenciar el genoma humano fue sólo un primer paso. Sigue pendiente un problema de los que hacen historia: decodificar el genoma, entender cómo en una única molécula está empaquetada la información para construir un ser humano. Y lo que queda no son meros cabos sueltos. Un grupo de bioinformáticos del Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas (CNIO), en Madrid, en colaboración con científicos del Centro de Regulación Genómica (CRG), en Barcelona, acaban de publicar varios resultados que muestran que podría haber una forma de codificar la información en el genoma aún inexplorada.
Se trata del ARN quimérico, construido no a partir de un gen, sino de fragmentos de varios genes. "Cada vez más datos, algunos muy recientes, nos indican que la codificación de información en el genoma es más compleja de lo que creíamos, y que también pueden producirse RNAs que combinen la información de dos genes distintos", explica Alfonso Valencia, director del Programa de Biología Estructural y Biocomputación del CNIO. "Los hemos llamado ARN quiméricos rememorando los seres mitológicos integrados por partes de dos animales distintos", detalla.
"Aunque nosotros ya habíamos demostrado en 2006 la prevalencia de este fenómeno, el trabajo actual va en la dirección de confirmar su  importancia biológica", añade Roderic Guigó, coordinador del programa Bioinformática y Genómica del CRG.
El ADN contiene los genes, que son traducidos a proteínas. El ARN actúa como molécula intermediaria y representa un paso indispensable en el proceso: para traducir un gen en una proteína, primero hay que construir el ARN correspondiente. La visión clásica de cómo está almacenada la información en el genoma dice que la correspondencia es uno-uno, es decir: un gen, un ARN, una proteína. Eso era lo que se esperaba cuando se secuenció el genoma, a principios de la pasada década. Pero enseguida apareció un problema: el genoma humano contiene unos 20.000 genes, mientras que la variedad de proteínas en el cuerpo humano es muy superior.
Hoy se sabe que un único gen puede dar lugar a varias proteínas, algo equivalente a que una palabra tenga significados distintos aunque se escriba igual, como 'solo', 'bonito' o 'polo'. Pero sigue sin estar claro si el fenómeno es muy frecuente -si todos los genes pueden dar lugar a muchas proteínas- o es más bien una rareza. De hecho, el grupo de Valencia también ha hecho avances en esta área. En un trabajo publicado en abril en Molecular Evolution Biology demuestran que la traducción de un único gen en varias proteínas, aunque ocurre, es poco habitual.
El ARN quimérico también contribuye a que haya más proteínas distintas que genes. Vendría a ser como si el sistema que lee y traduce los genes pudiera obtener, de dos de ellos, tres o más significados. Así, por ejemplo, 'silla' y 'verano' serían traducciones directas, pero además estarían 'lla-ve'; 'lla-no'; 'si-no'...
ARN quimérico
La existencia del ARN quimérico se conocía ya, y también se sabía que algunos ARN quiméricos son traducidos a proteínas -otros, como ocurre con el ARN normal, no quimérico, se quedan en la fase de ARN-. Pero las proteínas quiméricas se consideraban más bien una rareza propia de procesos patológicos, por ejemplo, el desarrollo de tumores.
Los bioinformáticos del CNIO y del CRG han rebuscado a fondo en las bases de datos de genes, ARN y proteínas, han realizado nuevos experimentos y finalmente han descubierto que hay mucho más ARN quimérico de lo que se creía. También detectan casos de traducción a proteínas en lo que parece ser un proceso normal en tejidos sanos, no sólo tumorales.
Sus resultados se explican en varios trabajos, de los que el último acaba de ser publicado en la revista 'Genome Research'. Prueba de su gran interés es que otra revista, 'Nature Reviews Genetics', ya lo ha destacado en una reseña. En concreto, los investigadores del CNIO han identificado 175 transcritos ARN quiméricos presentes en 16 tejidos humanos y doce proteínas quiméricas nuevas.
Este nuevo hallazgo plantea muchas preguntas: ¿Qué peso tiene realmente este proceso en relación a toda la información en el genoma? ¿Hace encajar por fin el número de genes y el de proteínas? ¿Cuántas proteínas quiméricas hay en total? ¿Tienen una función que las caracterice? ¿Por qué existen?
"Acabamos de abrir una vía y esperamos que ahora la sigan muchos grupos", dice Valencia. "En mi opinión, lo más importante de estos trabajos es que demuestran que aún nos queda mucho para aprender a interpretar completamente lo que está escrito en el genoma".
**Publicado en "EL MEDICO INTERACTIVO"

25 September 2009

Andalucía desarrollará un proyecto único en el mundo para construir el patrón gobal del Genoma humano

Andalucía va a desarrollar en los próximos tres años un estudio sin precedentes en el mundo que permitirá construir el patrón común para todo el genoma humano; esto es, el mapa estándar de las variaciones de los genes, gracias al cuál se podrán conocer aquellos que son los causantes de las enfermedades raras. La iniciativa, que se denomina Medical Genome Proyect (MGP, Proyecto Genoma Médico), tiene como objetivo conseguir la secuenciación de un volumen importante de ADN de personas y compararlas entre sí para construir un patrón.
Con éste, por primera vez en la historia de la medicina, se podrá caracterizar un gran número de enfermedades genéticas de forma directa, lo que va a suponer un cambio de paradigma en la forma en la que hasta ahora se venían investigando. Este molde global favorecerá la detección, la prevención y el tratamiento de este tipo de patologías.
El Proyecto Genoma Médico estará liderado por el profesor Shomi Bhattacharya, director asociado del Plan Andaluz de Genética, y el doctor Guillermo Antiñolo, director del Plan Andaluz de Genética, junto con el doctor Joaquín Dopazo, director científico asociado para Bioinformática del Plan Andaluz de Genética y jefe de la Unidad de Bioinformática y Genómica del Centro de Investigación Príncipe Felipe de Valencia. Ellos, junto con un equipo formado por unas 20 personas, trabajarán para descifrar los genes que causan determinadas enfermedades hereditarias. Esta investigación se desarrollará en un centro de alta tecnología ubicado en la isla de la Cartuja de Sevilla. Se trata de una apuesta importante de la Junta de Andalucía dentro del impulso de la investigación de vanguardia en la región.
La inversión asciende a los 27 millones de euros e incluye una dotación tecnológica de última generación, una plataforma de secuenciación de alto rendimiento, con maquinaria capaz de secuenciar un genoma en dos días y que permitiría contar en el plazo de una semana con la información equivalente a la que tenía la comunidad científica hasta el año 2006.

-Investigación de segunda generación
El Proyecto de Genoma Médico es una investigación de segunda generación y se supone un paso más en dichos estudios, situándose como la continuación de un hito científico como fue la secuenciación del genoma humano. La diferencia radica en que mientras que esta investigación dio lugar al conocimiento de los 26.000 genes que componen el genoma humano, el proyecto andaluz propone contrastar el ADN de alrededor de un millar de andaluces para determinar cuáles de éstos están implicados en el desarrollo de enfermedades hereditarias. "Vendría a ser como la piedra rosetta de la genómica puesto que nos permitiría descifrar las mutaciones que generan patologías que son de base genética pero de las que desconocemos los mecanismos y los genes que se afectan para su desarrollo", ha explicado el doctor Guillermo Antiñolo, uno de los coordinadores del proyecto.
Existe un importante número de enfermedades raras de base genética de las que aún no se conoce su origen, mientras que de aquellas de las que sí se ha localizado el gen causante ha sido gracias a un procedimiento muy laborioso y que hasta el momento ha llevado mucho tiempo.
El Proyecto Genoma Médico está centrado, en una primera fase, en el estudio de las enfermedades raras, que son patologías que cada una por separado afectan a un pequeño grupo de personas pero que en conjunto influyen en la vida de muchas y de las que el 80% tiene una base genética.
Andalucía cuenta con muestras de ADN de más de 11.000 personas, en las que se incluye prácticamente todo el abanico de enfermedades hereditarias que pueden estudiarse y que han sido recopiladas por la Unidad de Genética del Virgen del Rocío en el transcurso de 20 años. Estos patrones se compararán con los de un grupo de control formado por ciudadanos sanos, lo que permitirá comprobar dónde se encuentran las alteraciones. Al final del proceso, que los investigadores estiman en tres años, se contará con un mapa del ADN en su conjunto donde se señalará qué genes intervienen en el desarrollo de las distintas enfermedades genéticas. En una segunda fase, se abordarán enfermedades más frecuentes como la diabetes, cáncer, hipertensión, entre otras.
Una vez que la comunidad científica cuente con este genoma médico, se podrá trabajar en el desarrollo de nuevas técnicas diagnósticas que permitan la detección precoz de este tipo de enfermedades, que son altamente invalidantes en su mayoría, e incluso se abre una posibilidad a la generación de fármacos o terapias que permitan su tratamiento, incluso desde el ámbito génico o celular. "Este patrón común para todo el genoma humano asegura la realización de la medicina individualizada, que es el santo grial de la sanidad en el ámbito mundial", tal y como ha explicado el profesor Battacharya.

-Primeros pasos
El proyecto se iniciará a principios del año 2010 aunque ya en estos momentos se ha comenzado a adquirir la tecnología necesaria para comenzar cuanto antes la investigación. Dispondrá de 20 megasecuenciadores, así como otras instalaciones o equipos específicos, entre las que destaca una plataforma de análisis bioinformático. Actualmente, no existen instalaciones de secuenciación en el entorno internacional con la capacidad y orientación de este nuevo centro, lo que lo convierte en referente internacional en esta materia.
Andalucía cuenta con una importante estrategia de investigación en el campo de la biomedicina puesto que se trata de un ámbito que genera salud y calidad de vida pero que además contribuye a potenciar un nuevo modelo productivo basado en el conocimiento, la innovación y las tecnologías de alto valor.
Además, se trata de un proyecto en ocupan un lugar destacado las tecnologías de la información y de la comunicación, junto con una nueva área de desarrollo científico, la bioinformática.

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