1. CURSO DE BIOLOGIA Y GENETICA MOLECULAR
P.P. de Medicina Humana
2012
BENJAMÍN PAZ ALIAGA
Profesor de la UCSM

2. LOS GENES ESTAN LOCALIZADOS EN LOS
CROMOSOMAS ( Thomas Hunt Morgan-1901)

3. PEDIGRI DE LA ALCAPTONURIA
ARCHIBALD GARROD
UN GEN = UNA ENZIMA
(1905)

4. LOS GENES SON
QUIMICAMENTE ADN

5. WATSON Y CRICK CUANDO
DESCUBRIERON LA DOBLE HELICE
1953

6. TECNICA DE LA DIFRACCION DE RAYOS X PARA
DETERMINAR LA ESTRUCTURA DEL DNA

8. 1955 . Kornberg descubre la ADN polimerasa

9. 1961 JACOB Y MONOD PUBLICAN
LA TEORIA DEL RNA MENSAJERO

10. DNA RNA
PROTEINA

11. UUU
Fen
UUC
UCU
UCC
Ser
UCA
UCG 1966 Se dilucida el
Codigo Genético

12. Paul Berg. Premio Nobel 1980
1972 Se produce la primera
molécula de ADN recombinante

13. 1. Las ranas fueron los
primeros animales
transgénicos
producidos.
3. Se usaron los núcleos
para la transferencia en
lugar del DNA, en la
forma que se indica en
el esquema.
5. Se estableció la
metodología de la
microinyección..

14. En Stanford y UCSF unen
un segmento de ADN de
Xenopus laevis que
contenía un gen con el
ADN de E. coli. El ADN
obtenido se regresa a la
bacteria, el gen de
Xenopus se copia y se
transcribe en la bacteria,
produciendo esta una
proteína específica de
Xenopus. .PNAS. 71(5)
1743-7, 1974
1973 Es clonado el primer
gen animal

15. • Poco tiempo después se consiguió
insertar fragmentos de DNA (genes) de
bacterias en organismos superiores
(plantas).
• También se incorporaron secuencias
génicas a cultivos de tejidos para
permitir la síntesis de ciertas proteínas
que después se purificaban del medio de
cultivo

17. • El uso de los animales en la investigación
tuvo su origen hace varios siglos; pero la
modificación de su genoma con la idea
de obtener organismos transgénicos
comenzó hace sólo 24 años (Palmiter y
col.)

18. ANTECEDENTES
• Gordon y col en 1980 inyectaron ADN de
ratón en uno de los pronúcleos de un
huevo de la misma especie.
• Palmiter y col (1982)inyectaron en el
pronúcleo de un cigoto de ratón el gen de
la hormona de crecimiento de rata.
• En 1983 se hizo el mismo experimento en
ratón pero usando hormona de
crecimiento humana.

19. A comienzo de los 80’
se transfirieron genes
de un animal a otro
Nature 294 (5836) 9-10, 1981
Science 218 (4570): 348-350, 1982

20. METODOLOGÍA EN LA PRODUCCION
DE ANIMALES TRANSGENICOS

22. ANIMAL
TRANSGENICO

23. Producción de otros
animales transgénicos
• Posteriormente se comenzaron a usar
otros animales, como conejos, ovejas,
cerdos, vacas, etc. En estos casos
también se les introdujo el gen de la
hormona del crecimiento humana con la
misma técnica que la usada para ratón.
• Se consiguieron los animales
transgénicos correspondientes pero con
algunos efectos no deseables

24. CREACION DE UN ANIMAL TRANSGENICO

25. IMPORTANCIA DEL USO DE LOS
ANIMALES TRANSGENICOS
1. En la investigación:
• En el estudio de la función del gen
• Estudio de las enfermedades humanas
2. Desde un punto de vista general:
• Modelos para el estudio de las enfermedades
humanas
• Producción industrial farmacéutica de ciertas
proteínas
• Producción de animales anatómica y
fisiologicamente ventajosos

26. MODELOS DE ANIMALES PARA
ESTUDIAR ENFERMEDADES HUMANAS
• Se dispone de varios modelos de roedores
transgénicos para estudiar una serie de
enfermedades humanas, por ejemplo:
– Enfermedades cardiovasculares
– Cáncer
– SIDA
– Anemia falciforme
– Enfermedades neurológicas
– Enfermedades metabólicas
– Enfermedades genéticas

27. PROTEINAS TERAPEUTICAS SINTETIZADAS POR
ANIMALES TRANSGENICOS
PROTEINA ANIMAL USO TERAPEUTICO
AAT (Alfa-1 anti- Oveja Tratar la deficiencia de α-1 anti-
tripsina) tripsina
tPA (Activador del Cabra Tratamiento del infarto de
plasminó-geno miocardio
tisular)
Factores VIII, IX Oveja Tratamiento de la hemofilia
Hemoglobina Cerdo Sustituto de la sangre para
transfusiones
Lactoferrina Vaca En los niños como fórmula aditiva
CFTR Oveja, Tratamiento de la fibrosis quística
ratón
Proteína C humana Cerdo Anticoagulante

28. METODOS PARA EL DESARROLLO DE
ANIMALES TRANSGENICOS
1. Tranferencia de ADN clonado a oocitos
fertilizados.
– El procedimiento que se sigue es la
microinyección pronuclear
– El animal que se obtiene será completa-
mente transgénicos, la totalidad de
células, incluyendo las germinativas
tendrán el transgen
– Producida la fecundación, el pronucleo
macho y hembra son claramente visibles
para hacer la microinyección

31. Pronucleo Pronucleo
hembra macho Solución de ADN
Pipeta usada para la
microinyección
Los oocitos microinyectados son
reimplantados en el oviducto de
la nueva madre
RATON TRANSGENICO

32. CONSTRUCCION DEL RATON TRANSGENICO

33. DESVENTAJAS DEL METODO DE LA
MICROINYECCION PRONUCLEAR
– La integración del transgen en el cromosoma del
hospedero se da en un solo lugar pero al azar
– Se encuentran en el lugar de inserción múltiples
copias del transgen ( 50 ó más)
– Las diferencias en la expresión del transgen se
explican por su lugar de inserción antes que por el
número de copias
– El lugar de inserción puede afectar el
funcionamiento de genes endógenos
– La inserción determina un estado hemicigoto

34. METODOS PARA EL DESARROLLO DE
ANIMALES TRANSGENICOS
2. Transferencia a embriones
- Se aprovecha la capacidad de las células
embrionarias de los primeros estadíos de ser
pluripotenciales
-Generalmente se utiliza células madre
embrionarias, que derivan de embriones de
ratón de 3 a 4 días posteriores al coito.
-Se tomas las células de la masa celular
interna del blastocisto
-Estas células se les puede cultivar in
vitro y retienen su capacidad de originar todos
los tejidos del ratón

37. AISLAMIENTO DE LAS CELULAS MADRE
EMBRIONARIAS

38. TRANSFERENCIA A
LAS CELULAS
EMBRIONARIAS
1.-Células embrionarias stem
2.- Blastocistos
3.- Incorporación a la cavidad
del blastocisto
4.- Células inyectadas se incor-
poran a la masa celular interna
del blastocisto
5.- Introducción de tales blasto-
cistos a la nueva madre
6.- Nacimiento
7.- Ratón transgénico

40. DESVENTAJAS DEL METODO DE
TRANSFERENCIA A EMBRIONES
• El embrión que se desarrolla en la
hembra receptora corresponde a una
quimera, es decir tienen dos
poblaciones derivadas una de las
células con el transgen y la otra
derivada de los blastocistos naturales.
• Se obtienen ratones parcialmente
transgénicos pero a partir de ellos se
pueden derivar los completamente
transgénico por cruzamientos entre la
progenie.

41. ANALISIS DE LA PROGENIE
TRANSGENICA
• Generalmente se obtiene un porcentaje
menor al 20% de progenie transgénica.
• Las técnicas usadas para el análisis de la
progenie transgénica, son:
– Southern blot
– Slot o Dot blot
– PCR
– Análisis de los tejidos (Wester blotting,
inmunohistoquímica inmunofluorescencia

43. UTILIDAD DE LOS RATONES MODELO
DE ENFERMEDADES HUMANAS
A. Son fisiologicamente similares a los
humanos
B. Hay un gran reservorio genético de
modelos potenciales que han sido
generado a través de la identificación de
más de 1000mutantes espontaneas
generadas quimicamente o por
radiación.

44. UTILIDAD DE LOS RATONES MODELO
DE ENFERMEDADES HUMANAS
A. Los avances tecnológicos recientes han
aumentado dramaticamente la habilidad
para crear modelos de ratones de
enfermedades humanas.
• El desarrollo del mapa físico y genético del
genoma del ratón y recientemente su
secuenciación total.
• Las tecnologías transgénicas como el
knock-out y el knock-in

45. UTILIDAD DE LOS RATONES MODELO
DE ENFERMEDADES HUMANAS
A. Se dispone de más de 100 ratones modelo de
enfermedades humanas y en donde el gen
homólogo está mutado tanto en el humano
como en el ratón.
1. El fenotipo del ratón semeja muy
estrechamente a los fenotipos de la
enfermedad humana.
2. Es de gran valor para entender como la
enfermedad se desarrolla y para prevenir y
tratar la enfermedad.

47. Un ratón modelo knock-in de la
porfiria eritropoyética congénita
A knock-in mouse model of congenital
erythropoietic porphyria. Ged C. y col.
Genomics 87:64-92,2006

48. Caso Clínico
• Un hombre de 43 años, soltero, que
desde su nacimiento tuvo piel oscura,
exceso de vellos y orina oscura. Desde
los 8 años sus dientes tomaron un color
rojizo y aparecieron lesiones en la piel a
manera de ampollas, en zonas de
exposición a la luz solar, con el paso de
los años estas ampollas se conviertieron
en úlceras y la piel de la zona
comprometida se comenzó a esclerosar..

49. Caso Clínico (continuación)
• Los abuelos maternos eran primos
hermanos.
• El paciente tuvo 9 hermanos, uno de los
cuales tenía las mismas alteraciones en la
piel . El examen de piel reveló
hiperqueratosis, hipopigmentación y
fibrosisi en las zonas expuestas al sol.

50. Caso Clínico (continuación)
• El recuento de hematíes, la hemoglobina
y las constantes corpusculares estaban
normales, al igual que el recuento
leucocitario y plaquetario. Las enzimas
hepáticas estaban discretamente
aumentadas en actividad en el suero
(TGP,TGO y gammaGT).

51. Caso Clínico (continuación)
• El análisis de orina demostró un marcado
aumento de las coproporfirinas y
uroporfirinas. En los hematíes también se
encontraron niveles altos de porfirinas.

52. LESIONES EN LA PIEL DEL
PACIENTE DEL CASO CLINICO 1

53. POFRFIRIA
ERITROPOYETICA
CONGENITA

54. mitocondria
HEMO
Glicina + Succinil CoA
PROTOPORFIRINA III
Acido δ aminolevulí-
PROTOPORFIRINOGENO III
nico (ALA)
citosol
Porfobilinógeno (PBG) COPROPORFIRINOGENO III
OH Metilbilano UROPORFIRINÓGENO III
(uroporfirinógeno
UROPORFIRINOGENO I III sintasa)

55. MUTACIONES EN EL GEN DE LA
UROS
• Se han descrito hasta el momento 35
tipos de mutaciones que pueden causar la
Porfiria Eritropoyética Congénita
(PEC).
• Una de las más frecuentes es la :
C73R ,encontrada en
más del 30% de pacientes con CEP
• Otra frecuente es la P248Q

56. CARACTERÍSTICAS DEL GEN
DE LA UROS
• En 1988 Tsai y col. Clonaron el cDNA
completo que codificaba para la UROS
por selección de una biblioteca cDNA
construída de hígado humano adulto.
• Astrin en 1991 usando el gen cDNA
ubicaron el gen de la UROS en el
cromosoma humano10 (10q25.2-q26.3).

57. GEN UROS
LOCALIZACION DEL GEN UROS EN EL
BRAZO LARGO DEL CROMOSOMA 9
Localización citogenética 10q25.2- q26.3
Localización molecular del 127,467,141 bp a 127,501,756

58. CARACTERÍSTICAS DEL GEN
DE LA UROS
• Xu y col. ( 1995) clonaron el gen de la
UROS en el ratón y lo ubicaron en el
cromosoma 7 de este animal.
• En el 2000 Aizenkang y col. secuenciaron
los 34Kb del gen de la UROS y
determinaron que tenía 10 exones

59. OBJETIVO DEL TRABAJO
• Obtener ratones con
porfiria eritropoyética
congénita humana
mediante una
mutación knock-in

60. METODOLOGÍA
1. Se obtuvo un fragmento mutante de 6.22
Kb de ADN genómico de ratón y
contiene los 2 últimos exones ( 9 y 10).
2. La recombinación homóloga entre el
locus blanco (genomic locus) y el
fragmento mutante determinó la
obtención del gen modificado|.

62. METODOLOGÍA
3. El gen modificado contiene un gen
adicional que confiere resistencia a la
neomicina(NEO) y otro que corresponde
al gen de la timidina quinasa del virus
herpes simple (HS-TK)que confiere
sensibilidad al ganciclovir.
4. La mutación que pasó el fragmento
mutante es una transversión
(CCA→CAA)y está en el exón 10.

63. RESULTADOS
• Se consiguieron 205 clonas resistentes a
ambas drogas indicando que tenían el
fragmento mutado en el lugar
correspondiente
• Para la selección de los recombinantes
homólogos se utilizó PCR, Southern blot,
secuenciación del exón 10 y medida de la
actividad de la UROS

64. RESULTADOS
• Cinco clonas se identificaron como
recombinantes homólogas, pero solo dos
tenían la mutación esperada (P248Q) y
tenían 50% de decrecer en la actividad de
la UROS.
• Después se reimplantaron los blastocistos
y finalmente se obtuvieron 17 ratones
heterocigotos de 63 estudiados.

65. RESULTADOS
• Los cruzamientos entre los ratones
heterozigotos dieron 59 nacimientos
procedentes de 16 camadas.
• El estudio genético determinó las
siguientes frecuencias de genotipos:
– 18.6% (11/59) eran UROS (P248Q-P248Q)
– 44.1% ( 26/59) eran UROS (P248Q-N)
– 37.3% (22.59) eran UROS (N-N)

67. Cambios
histológicos en
hígado, bazo y riñón
en un ratón con ECP
y en un normal

68. DETERMINACION DE PORFIRINAS EN
LOS ANIMALES TRANSGENICOS
PORFIRINAS Mut/Mut Mut/N N/N
ACUMULADAS n=5 n=6 n=6
Hematíes (pmoles/mg de 72 3.7 3.8
Hb). PORFIRINAS
TOTALES Promedio
Orina ( umoles/litro) 498 ND ND
PORFIRINAS
TOTALES. Promedio
Orina (% como 88.6 ND ND
uroporfirina I)