Title: Sin t
1Tema 17 (continuación) Animales transgénicos
- Transgénesis al azar y recombinación homóloga.
- Métodos de transferencia de genes.
- Clonación.
- Aplicaciones
- en investigación básica,
- en producción animal y
- en sanidad humana y animal
2BIBLIOGRAFÍA
LIBROS GENERALES - Griffiths, A.J., Gelbart,
W.M., Miller, J.H. y Lewontin, R.C. Genética
Moderna, 2000. - Strachan, T., Read, A.P.
Genética Molecular Humana, 1999. - Klug, W.S. y
Cummings, M.R. Conceptos de Genética, 1998.
INTERNET -Transgénesis en mamíferos http//www.c
nb.uam.es/transimp/ -The Jackson
Laboratory http//www.jax.org/ -Buscador
general http//www.ncbi.nlm.nih.gov/
3OBJETIVOS
- Explicar cómo se origina un animal transgénico y
sus tipos. - Conocer la clonación de los animales y sus
aplicaciones. - Conocer los logros realizados en cuanto a la
transgénesis. - Estudiar las aplicaciones de la biotecnología de
corral. - Explicar los mecanismos de la Terapia Génica
germinal.
4OBJETIVOS
Qué?
Cómo?
Dónde?
Dónde?Para qué?
5QUÉ es un animal transgénico?
Un animal transgénico es aquel al que se le ha
introducido un gen exógeno (transgén) en su
genoma y es capaz de transmitirlo a su
descendencia.
6GENOMA
7Al azar
TRANSGÉNESIS
Recombinación homóloga
8Al azar
Zonas metiladas
Zonas metiladas
9Muerte celular
10TRANSGÉN?
CONSTRUCCIÓN GENÉTICA (Normalmente plásmidos,
ahora otros vectores también)
Gen de resistencia a antibióticos (normalmente
Ampicilina) con promotores procariotas El ADN
que queremos insertar
11De qué constará el ADN que queremos insertar?
- Expresión
- Localización de la expresión
- Regulación de la expresión.
- cDNA, DNA genómico.
- Promotor.
- Enhancer, elementos cis y trans.
12Transgén simple
Promotor b-lactoglobulina bovina
as1-antitripsina humana
13(No Transcript)
14Recombinación homóloga
15Para poder realizar la recombinación homóloga son
necesarias células en cultivo
16Términos utilizados
Knock-out Animal creado mediante recombinación
homóloga para evitar la expresión de un gen.
Knock-in Animal creado mediante recombinación
homóloga para que un gen se exprese bajo el
promotor que deseemos.
17De qué consta una construcción para la
recombinación homológa?
-Zona homólogas al gen de interés. -Resistencia
a antibióticos/mismo gen - Kanamicina
(procariotas) - Neomicina (eucariotas)
Knock-out
Knock-in
-Opcional - Gen marcador - Gen de expresión.
18Recombinación homóloga
GENOMA DE LAS CÉLULAS EN CULTIVO
CONSTRUCCIÓN GENÉTICA
19Recombinación homóloga
GENOMA DE LAS CÉLULAS EN CULTIVO
CONSTRUCCIÓN GENÉTICA
20Recombinación homóloga
GENOMA DE LAS CÉLULAS EN CULTIVO
CONSTRUCCIÓN GENÉTICA
21(No Transcript)
22(No Transcript)
23pOTX1- lacZ
5 gen
lacZ
Neo
3 gen
polyA SV40
24TRANSGÉNESIS AL AZAR
TRANSGÉNESIS POR RECOMBINACIÓN HOMÓLOGA
25CULTIVOS CELULARES
- Las células modificadas genéticamente deberán ser
introducidas posteriormente en el embrión u óvulo
26MODOS DE INTRODUCCIÓN DEL TRANSGEN
27IN VIVO
DIRECTAMENTE EN EMBRIÓN. REALIZABLES EN CULTIVOS
CELULARES
IN VITRO
SÓLO EN CULTIVOS CELULARES
28IN VIVO
IN VITRO
SÓLO EN CULTIVOS CELULARES
29IN VIVO
IN VITRO
SÓLO EN CULTIVOS CELULARES
30ESPERMATOZOIDES
Esponda, P. C.B.I. y C.S.I.C
31IN VIVO
IN VITRO
SÓLO EN CULTIVOS CELULARES
32BIOLÍSTICA
- Partículas de tungsteno u oro
- Descarga con helio.
- Características
- Capacidad de introducción limitada.
HA SIDO MUY UTILIZADA EN PLANTAS
33IN VIVO
IN VITRO
SÓLO EN CULTIVOS CELULARES
34MICROINYECCIÓN
- Microinyección en el pronúcleo masculino.
- Microinyección en el citoplasma del huevo.
Añaden protección al DNA (polilisinas, etc.)
35Micromanipulador
36Micromanipulador
37Micromanipulador
38(No Transcript)
39En animales domésticos (sobre todo en la especie
porcina) es necesario centrifugar el huevo
debido al vitelo.
40IN VIVO
IN VITRO
SÓLO EN CULTIVOS CELULARES
41IN VIVO
IN VITRO
SÓLO EN CULTIVOS CELULARES
42VECTORES RETROVIRALES
- Una cadena de RNA.
- Protegidos por una cápside.
- Talla de 80 a 130 nm.
- Tres genes importantes
- gag proteínas de la cápside
- pol transcriptasa inversa e integrasa
- Env proteínas de envoltura y reconocimiento de
receptor - Zonas LTR Long Terminal Repeat
43Construcción Retroviral
MMLV Moloney Murine Leukemia Virus
44Producción de vectores retrovirales
- CÉLULAS EMPAQUETADORAS (helper free)
-------GAG/POL--ENV-------
45Producción de vectores retrovirales
CÉLULAS EMPAQUETADORAS (helper free)
46Características de vectores retrovirales
- VENTAJAS
- Sistema muy bien estudiado.
- INCONVENIENTES
- Posible poder patógeno.
- No se inserta tan homogéneamente como la
microinyección. - Tamaño del inserto 8 Kb.
47Qué especie animal?
LOS ANIMALES QUE TIENEN EL EMBRIÓN PROTEGIDO POR
UNA CÁSCARA.
48IN VIVO
IN VITRO
SÓLO EN CULTIVOS CELULARES
49LIPOSOMAS
- CATIÓNICOS
- Su carga positiva reacciona con la negativa del
DNA formando un complejo. - pH SENSIBLE O ANIÓNICO
- Mediante una desestabilización por bajo pH el DNA
entra en núcleo del liposoma.
50IN VIVO
IN VITRO
SÓLO EN CULTIVOS CELULARES
51TRANSGÉNESIS DE DROSOPHILA MEDIADO POR ELEMENTOS P
- La microinyección clásica no funciona.
- Dos plásmidos
- Contiene el transgén.
- Contiene el trasposón con las secuencias
repetidas que ayuda a la inserción (Elementos P)
52IN VIVO
IN VITRO
SÓLO EN CULTIVOS CELULARES
53MÉTODOS IN VITRO (Cultivos celulares)
Las células modificadas genéticamente deberán ser
introducidas posteriormente en el embrión u óvulo
54IN VIVO
- Espermatozoides - Biolística - Microinyección
- Retrovirus - Liposomas - Elementos P
IN VITRO
55FOSFATO DE CALCIO
- Coprecipitación de DNA y calcio (presencia de
fosfato). - Introducción por endocitosis.
- Eficiencia de transfección 1 (max. 10)
- Características
- - Pequeña expresión del transgén.
- - Introducción de varias copias.
- - No hay toxicidad para las células.
56IN VIVO
- Espermatozoides - Biolística - Microinyección
- Retrovirus - Liposomas - Elementos P
IN VITRO
Precipitación con fosfato de calcio
Electroporación
57ELECTROPORACIÓN
- Introducción del transgén por poros nucleares
tras un choque eléctrico. - Factores de eficacia naturaleza, distancia entre
electrodos, buffer y CÉLULAS. - Características
- - Mucha muerte celular
- - TENDENCIA A INTRODUCCIÓN DE UNA SOLA COPIA.
ELECCIÓN.
58Cómo consigo un animal adulto a partir de
células en cultivo?
59DOS OPCIONES
60Células ES o indiferenciadas
SÓLO AISLADAS EN RATÓN
61Método de agregación de mórulas-células
62Color negro
Color marrón
63(No Transcript)
64(No Transcript)
65(No Transcript)
66(No Transcript)
67NUMEROSOS INTENTOS PERO......
Las células ES no se han aislado en otras
especies animales (Experiencias realizadas en
peces)
68OTROS CULTIVOS CELULARES Fibroblastos, Glándula
mamaria, etc.
69DOLLY
70 DOLLY
G0 - Baja la transcripción. - Baja la
traducción. - Condensación de la cromatina
71PRODUCCIÓN DE Millie, Christa, Alexis, Carrel
y Dotcom
245
Polejaeva, I.A. y cols. (2000) Nature, 407, 86-90
5
72
72Recombinación homóloga
73IN VIVO
Al azar
Microinyección
IN VITRO
74MICROINYECCIÓN
Ratón Conejo Porcino Ovino Bovino
(Montoliu, 1999)
75IN VIVO
Al azar
Microinyección
Recombinación homóloga
IN VITRO
Electroporación
Hasta ahora sólo en ratón - células ES
En un futuro CLONACIÓN
76Sabemos qué es... Sabemos cómo se
hace... APLICACIONES
77PRIMER RATÓN TRANSGÉNICO
Nature, 16, 611-615
PALMITER y cols. (1982)
78Medline transgenic animals
3.982 publicaciones (26-9-2000)
79 1. Estudios en investigación básica -
Funcionamiento de genes - Funcionamiento
promotores
2. Producción Animal - Incremento de
productividad Cuantitativo Cualitativo -
Biotecnología de corral
3. Sanidad - Animales modelos de
enfermedades - Xenotrasplantes - Terapia Génica
Germinal.
80 1. Estudios en investigación básica -
Funcionamiento de genes - Funcionamiento
promotores
2. Producción Animal - Incremento de
productividad Cuantitativo Cualitativo -
Biotecnología de corral
3. Sanidad - Animales modelos de
enfermedades - Xenotrasplantes - Terapia Génica
Germinal.
81 1. Estudios en investigación básica. Funcionamien
to de genes
- Muchos estudios realizados. - Más interesante
la recombinación homóloga - Animal de elección es
el ratón (menor coste en tiempo y en dinero)
Ejemplo Un animal Knock-out para una determinada
enzima, que nos permita conocer la función de la
misma. Un animal knock-in con marcadores para
conocer la expresión durante la gestación.
82 1. Estudios en investigación básica. Estudio de
promotores, enhancer o cualquier elemento
regulador.
- Muchos estudios realizados. - Transgénicos
clásicos fusionados a un marcador - Animal de
elección es el ratón (menor coste en tiempo y en
dinero)
Ejemplo Un transgénico con una zona del promotor
de una enzima fusionado a la enzima
b-galactosidasa
83 1. Estudios en investigación básica -
Funcionamiento de genes - Funcionamiento
promotores
2. Producción Animal - Incremento de
productividad Cuantitativo Cualitativo -
Biotecnología de corral
3. Sanidad - Animales modelos de
enfermedades - Xenotrasplantes - Terapia Génica
Germinal.
842. Producción Animal Incremento de
productividad-Cuantitativo
- Muchos intentos realizados. - Transgénicos
clásicos hasta ahora ya que no existían células
indiferenciadas. - Animales que se venda el
producto.
Ejemplo (ya creado) Un Salmón (Aqua Bounty
Farms) - Promotor AFP (proteína
anticongelación) - cDNA Hormona del crecimiento.
852. Producción Animal Incremento de
productividad-Cualitativo
- Transgénicos clásicos hasta ahora ya que no
existían células indiferenciadas. - Animales que
se venda el producto.
Ejemplo (ya creado ???) Una vaca por clonación
(PPL Therapeutics) - Eliminar la a-lactoalbúmina
para los enfermos de fenilcetonuria.
862. Producción Animal Biotecnología de corral
- Transgénicos clásicos hasta ahora ya que no
existían células indiferenciadas en los
animales que nos interesan. - Producción de
proteínas de interés en sanidad.
Ejemplo (ya creado) Tracy (Roslin Institute -
PPL Therapeutics)
87TRACY
88Primeros ensayos en ratón
6.6 Kb de AAT-humano cDNA
4.3 Kb Promotor WAP de ratón
12.5 gr./litro
89Roslin Institute-PPL Therapeutics (lo que
sabemos......)
as1-antitripsina Fibrinógeno Factor VII y
Proteína C Factor XI BSSL (lipasa) Anticuerpos
humanizados
90POLLY Primer clon transgénico
91Se obtuvieron 4 clones de fibroblastos
embrionarios transfectados con
b-lactoglobulina Factor XI de coagulación
92 1. Estudios en investigación básica -
Funcionamiento de genes - Funcionamiento
promotores
2. Producción Animal - Incremento de
productividad Cuantitativo Cualitativo -
Biotecnología de corral
3. Sanidad - Animales modelos de
enfermedades - Xenotrasplantes - Terapia Génica
Germinal.
933. Sanidad Modelos animales de enfermedades
- Enfermedades genéticas Knock-out. - Otras
enfermedades transgénicos clásicos - La mayoría
de los estudios en ratón, siempre que sea
posible.
Ejemplo (ya creado !!!!) En el Jackson
Laboratory/Mouse Models Listing http//jaxmice.jax
.org/jaxmicedb/html/models.shtml
94(No Transcript)
95Mouse Models for Human Disease
96(No Transcript)
97(No Transcript)
983. Sanidad Xenotransplantes
Candidata la especie porcina por... -
Similitudes fisiógicas con humanos - Alta
disponibilidad - Fácil cruzamiento.
Problema Combinación discordante que produce
rechazo
993. Sanidad Xenotransplantes
Transgénicos porcinos con expresión de D.A.F
(expresión en corazón) - Proteína que inhibe
la cascada del complemento
Pruebas esperanzadoras transplantando el corazón
a primates.
100TERAPIA GÉNICA GERMINAL EN ANIMALES
?
Transgénesis
Enfermedades monogénicas candidatas.
101TERAPIA GÉNICA
(Tema 17, continuación)
102QUÉ es la Terapia génica?
Proceso por el cual un nuevo gen es introducido
en células de un individuo para producir un
efecto terapéutico.
DNA como medicamento o Curar con genes
103QUÉ es Gene Marking?
Proceso que utiliza técnicas comunes a la
Terapia Génica pero sin buscar un efecto
terapéutico.
Ej. Seguir la pista a determinadas células en el
organismo.
104OBJETIVOS
- Explicar las formas como puede actuarse en el
genoma para conseguir un efecto terapéutico. - Conocer los vectores más utilizados (los
autobuses que llevan los genes). - Conocer los logros realizados en cuanto a la
terapia génica en humanos.
105ENFERMEDADES CANDIDATAS A TERAPIA GÉNICA
106Añadir función
Terapia Génica
Suprimir función
107Añadir función
Terapia Génica
108Añadir función
- Sustitución del gen deseado.
- Reparación de una mutación.
- Añadir un gen
109Terapia Génica
Suprimir función
110Suprimir función
- Muerte celular (suicidio de las células)
- Oligonucleótidos antisentido (expresión).
- Ribozimas (Ruptura).
111(No Transcript)
112OLIGONUCLEÓTIDOS ANTISENTIDO
113GENES UTILIZADOS
114MODOS DE INTRODUCCIÓN
115In vivo
Terapia Génica
Ex vivo
116IN VIVO/EX VIVO
DIRECTAMENTE EN EL INDIVIDUO ADULTO
REALIZABLES EN CULTIVOS CELULARES
EX VIVO
SOLO EN CULTIVOS CELULARES
117DNA DESNUDO
- Inyección intramuscular de la molécula de DNA.
- Músculo , Piel, Mucosas y Timo.
- Introducción por nuclear pore complex.
- Características
- Talla ILIMITADA.
- Bajo porcentaje de transfección
- No hay integración en el genoma.
- No hay amplificación del DNA.
118QUÉ ES UN VECTOR?
- SON SISTEMAS QUE AYUDAN EN EL PROCESO DE
TRANSFERENCIA DE UN GEN EXÓGENO A LA CÉLULA,
FACILITANDO LA ENTREGA Y BIODISPONIBILIDAD
INTRACELULAR DEL MISMO DE MODO QUE PUEDA
FUNCIONAR CORRECTAMENTE
119VECTOR IDEAL
- Especificidad de órgano o tejido.
- Protección del DNA.
- Elevada disponibilidad.
- Expresión eficaz.
- No inmunógeno/sin repuestas inflamatorias.
- Seguro paciente/entorno.
120IN VIVO/EX VIVO
DNA desnudo
- Retrovirus -Adenovirus - Adenovirus asociados -
Liposomas - Fragmentos específicos
EX VIVO
Precipitación con fosfato de calcio
Electroporación
121VECTORES RETROVIRALES
- Una cadena de RNA.
- Protegidos por una cápside.
- Talla de 80 a 130 nm.
- Tres genes importantes
- gag proteínas de la cápside
- pol transcriptasa inversa e integrasa
- Env proteínas de envoltura y reconocimiento de
receptor - Zonas LTR Long Terminal Repeat
122VENTAJAS DE VECTORES RETROVIRALES
- Alta eficacia de transducción.
- Tamaño del inserto 8Kb.
- Alta expresión una vez introducido en el genoma.
- Sistema muy bien estudiado.
- Proteínas del vector no se expresan en el huésped.
123INCONVENIENTES DE LOS RETROVIRUS
- Necesita células en división.
- Se consiguen títulos muy bajos de virus.
- Integración al azar en el genoma.
- Transducción in vivo poco efectiva.
124IN VIVO/EX VIVO
DNA desnudo
- Retrovirus -Adenovirus - Adenovirus asociados -
Liposomas - Fragmentos específicos
EX VIVO
Precipitación con fosfato de calcio
Electroporación
125VECTORES ADENOVIRALES
- DNA lineal de cadena doble.
- Más complejos que los retrovirus.
- Tres genes importantes
- E1 rescata células de la quiescencia.
- E2 proteínas relacionadas con la replicación del
DNA. - E3 defensa ante el sistema inmunitario.
- E4 regulación de la transcripción.
VIRUS RECOMBINANTES E1 Y E3 ELIMINADOS
126(No Transcript)
127VECTORES ADENOVIRALES
VENTAJAS
- Eficaces a la hora de transferir el gen episomal
a una gran cantidad de células. - Fácil producción en el laboratorio.
INCONVENIENTES
- Gran respuesta inmunitaria.
- Dificultad para repetir la inyección de virus.
128IN VIVO/EX VIVO
DNA desnudo
- Retrovirus -Adenovirus - Adenovirus asociados -
Liposomas - Fragmentos específicos
EX VIVO
Precipitación con fosfato de calcio
Electroporación
129VECT. ADENOASOCIADOS
- DNA lineal de cadena doble.
- Se insertan en el genoma.
- Dos genes
- rep replicación e integración del virus.
- cap tres proteínas estructurales víricas.
- TR repeticiones terminales-145 nucleótidos.
VIRUS RECOMBINANTES SOLO CONTIENEN TR Células que
poseen los genes rep y cap.
130VECT. ADENOASOCIADOS
VENTAJAS
- Expresión a largo plazo.
- No hay respuesta inmunitaria.
INCONVENIENTES
- Talla limitada del gen a introducir (aprox 5 Kb).
- Dificultad para obtener grandes cantidades.
131http//140.116.60.1/mdlai/Handout/cancer-gene-ther
apy/sld014.htm
132IN VIVO/EX VIVO
DNA desnudo
- Retrovirus -Adenovirus - Adenovirus asociados -
Liposomas - Fragmentos específicos
EX VIVO
Precipitación con fosfato de calcio
Electroporación
133LIPOSOMAS
- CATIÓNICOS
- Su carga positiva reacciona con la negativa del
DNA formando un complejo. - pH SENSIBLE O ANIÓNICO
- Mediante una desestabilización por bajo pH el DNA
entra en núcleo del liposoma.
POSIBILIDAD DE UNIR RECEPTORES ESPECÍFICOS
134LIPOSOMAS
- positivo
- Protegen al DNA
- No hay limite de tamaño
- Enviar a lugares específicos.
- negativo
- Baja eficacia
- Expresión transitoria.
- Toxicidad celular
- Inhibición por componentes séricos.
135IN VIVO/EX VIVO
DNA desnudo
- Retrovirus -Adenovirus - Adenovirus asociados -
Liposomas - Fragmentos específicos
EX VIVO
Precipitación con fosfato de calcio
Electroporación
136MÉTODOS EX VIVO (Cultivos celulares)
Las células modificadas genéticamente deberán ser
introducidas posteriormente en el enfermo
137MECANISMO EX VIVO
138MODO DE INTRODUCCIÓN
Año 2001
139VIAS DE ADMINISTRACIÓN
Año 2001
140Algunas...
- Enfermedades monogénicas.
- Cancer.
- Enfermedades infecciosas o parasitarias.
- Enfermedades neurodegenerativas
141Enfermedades Monogénicas
- Conocidas por la mayoría como las únicas
candidatas para el tratamiento. - Aporte de la
proteína/enzima deficitaria. - Posibilidad de
realizar terapia génica germinal..
142Algunas...
- Deficiencia Inmune Severa Combinada
- Fibrosis Quística
- Hemofilia
- Hipercolesterolemia familiar
- Enfermedades lisosomales (Gaucher, etc.)
143Deficiencia Inmune Severa Combinada
- Deficiencia en la enzima Adenosin Desaminasa. -
1/100.000 (25 de mortalidad). - Fragilidad de
los linfocitos T.. INMUNOSUPRESION
144David "niño burbuja", (Fuente M.R. Cummings.
Herencia humana (3ª ed.), Interamericana (1995)
145Tratamientos
- Aportación de la enzima recombinante ADA
PEG-ADA - Transplante de médula osea.
146Deficiencia Inmune Severa Combinada
- 1990. Dr Blaese (EEUU) Dr. Bordignon
(Italia) -1995 Demuestran la eficacia del
tratamiento
147Ashanti de Silva tratada a los cuatro años de
edad. (Fuentes W.F. Anderson, Scient. Amer.,
273(3)96-98(1995).
148(No Transcript)
149Fibrosis Quística
- Deficiencia en el CTFR (Cystic factor
transmembrane receptor). - 1/2.800 (Muerte a los
29). - No hay tratamiento. Problemas para
clonar el CTFR
1502.-Tumores
- - Muerte celular - Genes supresores de
tumores. - Producción de linfoquinas - Inmuno
Terapia con antígenos MHC
Los más tratados Melanoma. Leucemias
Glioblastoma Tumores de pulmón, hígado, etc.
1513.- INFECCIOSAS Y/O PARASITARIAS
- - Estimular el sistema inmunitario. - Vacunas
de DNA desnudo con antígenos. - Linfocitos
recombinantes para los anticuerpos que actuan
contra el virus.
Algunos ejemplos SIDA Vacunas de DNA desnudo en
animales.
1524.- Enfermedades neurodegenerativas
- - Inhibición de apoptosis neuronal. -
Producción de L-dopa o factores neurotróficos
en cerebro.
Algunos ejemplos Enfermedades de la
motoneurona (E.L.A. Y E.M.) Parkinson y Alzheimer.
153ENFERMEDADES TRATADAS
154FASES?
155Dónde se están tratando?
156CIFRAS POR PAISES
157CIFRAS POR CONTINENTES
158REPARACIÓN TISULAR
(Tema 17, continuación)
159Células madre
(Tema 17, continuación)
160Qué son las células madre?
161QUÉ son las células madre?
Células de diverso origen que tienen la
capacidad de transformarse en cualquier tipo
celular.
162TIPOS CELULARES
163 1. Células E.C. (Embrionic Carcinome)
2. Células E.S. (Embrionic Stem)
3. Células E.G. (Embrionic Germinal)
4. Células madre adultas.
164Células E.S-Diferencia entre ratón y humana.
HUMANAS
MURINAS
- LIF necesario y suficiente
- FGF irrelevante
- Feeder opcional
- Alta clonabilidad
- LIF sin influencia
- FGF necesario.
- Feeder es necesario.
- Baja supervencia en células aisladas.
165Células madre embrionarias o adultas
Adultas
Embrionarias
- Expansión ilimit.
- No envejecen
- Pluripotenciales
- Corrección genética posible
- Expan. desconocida
- No se conoce
- Pluripont. poco clara.
- Poco claro.