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Regulación jurídica de las biotecnologías

Curso dictado por la Dra. Teodora Zamudio

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activadores nPE1 y nPE2


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Identification of Neuronal Enhancers of the Proopiomelanocortin Gene by Transgenic Mouse Analysis and Phylogenetic Footprinting

Molecular and Cellular Biology 2005. 25: 3076-3086.

Flávio S. J. de Souza,

Andrea M. Santangelo,

Viviana Bumaschny,

María Elena Avale,

Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular, CONICET and Departamento Fisiología, Biología Molecular y Celular, FCEyN, Universidad de Buenos Aires, Buenos Aires, Argentina,

James L. Smart

Vollum Institute

Malcolm J. Low

Vollum Institute, Behavioral Neuroscience, Center for the Study of Weight Regulation and Associated Disorders, Oregon Health & Science University, Portland, Oregon

Marcelo Rubinstein responsable mrubins@adn.uba.ar 

Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular, CONICET and Departamento Fisiología, Biología Molecular y Celular, FCEyN, Universidad de Buenos Aires, Buenos Aires, Argentina,Centro de Estudios Científicos, Valdivia, Chile, Center for the Study of Weight Regulation and Associated Disorders, Oregon Health & Science University, Portland, Oregon

 

The proopiomelanocortin (POMC) gene is expressed in the pituitary and arcuate neurons of the hypothalamus. POMC arcuate neurons play a central role in the control of energy homeostasis, and rare loss-of-function mutations in POMC cause obesity. Moreover, POMC is the prime candidate gene within a highly significant quantitative trait locus on chromosome 2 associated with obesity traits in several human populations. Here, we identify two phylogenetically conserved neuronal POMC enhancers designated nPE1 (600 bp) and nPE2 (150 bp) located approximately 10 to 12 kb upstream of mammalian POMC transcriptional units. We show that mouse or human genomic regions containing these enhancers are able to direct reporter gene expression to POMC hypothalamic neurons, but not the pituitary of transgenic mice. Conversely, deletion of nPE1 and nPE2 in the context of the entire transcriptional unit of POMC abolishes transgene expression in the hypothalamus without affecting pituitary expression. Our results indicate that the nPEs are necessary and sufficient for hypothalamic POMC expression and that POMC expression in the brain and pituitary is controlled by independent sets of enhancers. Our study advances the understanding of the molecular nature of hypothalamic POMC neurons and will be useful to determine whether polymorphisms in POMC regulatory regions play a role in the predisposition to obesity

Hace cuatro años, un grupo de investigadores argentinos demostró cómo cuando la hormona leptina llega al cerebro activa un grupo particular de neuronas que liberan unas sustancias anorexígenas, llamadas melanocortinas, que producen saciedad.

Ahora, han puesto la lupa sobre un momento específico del proceso: demostraron que para que esas neuronas especializadas liberen la sustancia "antihambre" son necesarias dos secuencias de ADN que actúan como activadoras o amplificadoras del gen que codifica la producción de melanocortinas.

Cualquier alteración en esas secuencias de ADN amplificadoras (enhancers, en inglés) modifica la cadena de eventos que producen saciedad y podría explicar la predisposición a la epidemia más prevalente de esta época: la obesidad.

"Los activadores disparan un mecanismo que activa el circuito de la saciedad. Cuando los animales no pueden regular su ingesta, les es más difícil reproducirse y sobrevivir -dice el doctor Rubinstein-. Un ratón excesivamente gordo que intenta sobrevivir escapando de predadores seguramente no duraría mucho tiempo en el planeta."

Para pasar del modelo de análisis bioinformático a la realidad funcional, los investigadores incorporaron en ratones transgénicos la proteína (verde fluorescente) que actúa como un gen "reportero" de la actividad del gen de POMC.

"Descubrimos que esos dos activadores accionan el gen de POMC, algo que aún no se sabía. Este es quizás el primer estudio que identifica activadores de un gen que se expresa en un número limitado de neuronas cerebrales durante toda la vida", comenta.

La obesidad, entonces, ¿resulta de la falla de esos activadores? "Probablemente en algunos casos -afirma el especialista-. En todo el mundo, los científicos que poseen bancos de ADN de familias de obesos no buscaban activadores porque no sabían dónde hacerlo. Ahora, sí lo sabrán."

El trabajo acaba de aparecer en la edición on line de la revista Molecular and Cellular Biology, "que tiene un capítulo dedicado a la expresión de genes, donde se editó nuestro artículo", explica el doctor Marcelo Rubinstein, que dirige el Laboratorio de Animales Transgénicos en el Instituto de Investigaciones en Genética y Biología Molecular (Ingebi) y coordinó el estudio, realizado junto a un grupo de becarios del Conicet integrado por Flavio de Souza, Andrea Santángelo, Viviana Bumaschny y María Elena Avale.

"Combinamos el análisis bioinformático de genomas de varias especies animales y experimentos funcionales en ratones transgénicos", añade.

El estudio, que aparecerá en la versión impresa de la revista a mediados de este mes, suma información a lo demostrado en el artículo que Rubinstein y su grupo publicaron en mayo de 2001 en Nature: el ingreso de la leptina en el núcleo arcuato del hipotálamo activa neuronas que expresan el gen de pro opio melanocortina (POMC).

Cuando esas neuronas son estimuladas disparan una melanocortina anorexígena llamada alfa-MSH.

"Pero lo que no habíamos podido responder es qué mecanismos moleculares controlan la activación del gen de POMC para que a su vez liberaran melanocortinas saciatorias -dice el doctor Rubinstein-. En este nuevo trabajo demostramos que relativamente lejos del gen de POMC hay dos activadores que resultaron ser necesarios y suficientes para que se exprese ese gen en el cerebro."

La acción de estos activadores, señala, es "acelerar la producción de ARN mensajero, que luego se traduce en los ribosomas y forma una proteína que da lugar a las melanocortinas (ver infografía). Si algo falla, no se dispara el mecanismo saciatorio que controla el cerebro y aumenta la ingesta de alimentos".

Los activadores hallados por Rubinstein y su equipo fueron bautizados nPE1 y nPE2.

Ensayos bioinformáticos

"Se conocía que los genes tienen activadores específicos -explica el investigador del Ingebi-, pero sólo ahora se dispone de una tecnología especial, la bioinformática, que permite predecir dónde están. A partir de la secuenciación de genomas enteros y gracias a la bioinformática es posible establecer comparaciones entre el genoma humano y el del resto de las especies disponibles. A través de una técnica llamada "phylogenetic footprinting" o huellas digitales filogenéticas, se puede realizar un estudio evolutivo comparativo. El explosivo desarrollo de la bioinformática ha dado lugar a un tercer tipo de experimentos: ya no sólo son in vitro o in vivo, sino también «in silico», porque aluden al silicio presente en las computadoras."

Gracias a este método, Rubinstein y su equipo estudiaron nada más y nada menos que las secuencias de ADN vecinas al gen de POMC durante 450 millones de años de historia en la evolución de vertebrados. Analizaron los genomas humano, de ratón, rata, perro, vaca, rana y peces; al comparar los datos obtenidos hallaron que todos los mamíferos, además de tener conservadas las secuencias del gen que corresponden a las regiones codificantes, también presentaban regiones muy conservadas, pero más alejadas del gen, que podrían ser los tan buscados activadores.

Por Gabriela Navarra LA NACION Abril 2005

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Última modificación: 09 de Marzo de 2007

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