El genoma fosc
Autor: Alba Piera Olivé
Centre: ESCORIAL
Premi: 1r premi ex aequo
Document:
elgenomafosc.pdf
(3.05 MB)
Objectius i presentació
El present treball té com a objectiu estudiar el sistemes d’expressió genètica i els mecanismes de regulació d’aquesta en els éssers vius i com factors ambientals poden modificar-la. L’eix vertebrador del treball consta d’una sèrie d’experiments al laboratori amb la mosca Drosophila Melanogaster, que podrien representar el punt de partida en una possible investigació en teixits humans. L’estudi pretén traslladar els resultats obtinguts en possibles aplicacions en la medicina, i sobretot en el tractament i la prevenció del càncer.
En una primera part del treball s’hi exposa un marc teòric que situa a nivell contextual la investigació. Aquesta part s’hi explica el concepte de gen i com aquest codifica per la síntesi de proteïnes que són els elements funcionals dels éssers vius. Aquest procés és tan important que està regulat per molts factors d’entre els quals s’ha destacat els microARNs, petits fragments d’ARN que s’uneixen al gen en forma d’ARN missatger i en degraden la seva expressió, és a dir, impedeixen la síntesi de proteïnes.
Una segona part on s’hi esmenta la metodologia dels experiments realitzats al laboratori que tenien per objectius determinar la funció que compleix la maquinària de microARNs en el creixement de l’ala de la Drosophila Melanogaster, identificar el gen responsable del creixement de l’ala sotmès a la regulació de microARNs i determinar quina proteïna es troba regulada per microARNs i promou la degradació del gen responsable del creixement de l’ala en les mosques Drosophila Melanogaster.
Finalment, a la tercera part s’ha volgut demostrar la importància dels processos de regulació de l’expressió genètica buscant les aplicacions d’aquest àmbit en la medicina i mostrant les possibles millores en la salut que comportaria la investigació d’aquesta part de la ciència tan desconeguda: l’epigenètica.
Resultats i conclusions
Pel que fa a l’efecte que té la maquinària de microARNs sobre l’expressió genètica, s’ha pogut comprovar experimentalment sobre Myc que es tracta d’un gen que codifica per una proteïna que controla processos de proliferació i creixement cel·lular. Conseqüentment, moltes vegades es troba sobreexpressat en les cèl·lules canceroses que es multipliquen exageradament generant tumors. En aquest estudi realitzat en Drosophila Melanogaster s’ha descobert que els microARNs controlen els nivells d’expressió de Myc a través de la proteïna Mei-P26. Els microARNs són molècules que representen menys de l’1% del genoma humà, però presenten la capacitat d’anul·lar o modificar l’expressió dels gens.
Pel que fa a la proteïna Mei-P26, s’ha comprovat experimentalment en Drosophila Melanogaster que es tracta d’una proteïna intercalada en el procés de regulació de l’expressió de Myc. Mei-P26 presenta una seqüència molt similar a una E3-ubiquitin ligase i desenvolupa una funció semblant que consisteix en unir-se a una proteïna E2 i transferir un grup d’ubiquitina al substrat (Myc). L’ubiquitina és una molècula reconeguda per unes estructures anomenades proteosomes que es troben a la cèl·lula i degraden a Myc degut a la identificació d’ubiquitina que s’hi troba adherida.
Eliminant la maquinària de microARNs de Drosophila Melanogaster en una de les seves ales en desenvolupament, s’obtenen resultats similars que reprimint l’expressió de Myc: l’ala és més petita ja que les cèl·lules no proliferen correctament.
Myc, doncs, controla el creixement de teixits. A més, Mei-P26 es sobreexpressa en disminuir els nivells de microARNs en les cèl·lules, ja que no es veu degradada pels microARNs, i així, reprimeix l’expressió de Myc.
Cal concloure que l’objectiu de la recerca va més enllà de definir l’efecte de la maquinària de microARNs, tot i que aquest mecanisme té una influència directa en l’epigenètica, és a dir, les variacions produïdes en l'expressió escrita dels gens segons la relació que tenen amb els factors ambientals.
Es dóna per entès que l’ADN conté tota la informació genètica que qualsevol persona hereta, així que les experiències d’un individu al llarg de la seva vida no es transmeten als seus fills. No obstant, la maquinària de microARNs provoca que alguns gens no es puguin expressar, així doncs, aquest sistema i altres factors externs dels individus, com la seva alimentació o l'estrès, afecten a les seqüències genètiques heretables. De la mateixa manera es demostra la influència de l´epigenètica en l'envelliment, ja que al llarg dels anys es reprimeix l’expressió de nombrosos gens provocant una distorsió de l’epigenoma. A més, l’envelliment molecular està accentuat en alguns processos de l'organisme, com l’acció del sistema immunològic, l'obesitat, el metabolisme i vies implicades en la regulació del càncer. Això és degut al fet que els microARNs poden regular l’expressió de gens com Myc que promou la proliferació de teixits, aquest creixement descontrolat de cèl·lules pot donar lloc a la formació de tumors, benignes o malignes, i desenvolupar càncer.
No obstant, cal tenir en compte que hi ha altres factors epigenètics, a més de la maquinària de microARNs, que poden alterar l’expressió genètica d’un organisme. Per exemple, la metilació de l’ADN (addició de grups metils a la cadena), l’acetilació (addició de grups acetils a les proteïnes histones, responsables de l’enrotllament del material genètic), factors ambientals com l’exposició a agents químics durant l’etapa prenatal o post-natal, la radiació solar, l’alimentació...
Conèixer aquests factors permet modificar positivament el nostre genoma mantenint hàbits de vida saludables. Per exemple, en pacients alcohòlics que solen patir deficiències de vitamines que provoquen la metilació del seu material genètic, el desenvolupament de diverses malalties com per exemple alteracions autoimmunes o mutacions de gens responsables del síndrome de Rett (retràs mental en les dones), entre d’altres.
El present treball té com a objectiu estudiar el sistemes d’expressió genètica i els mecanismes de regulació d’aquesta en els éssers vius i com factors ambientals poden modificar-la. L’eix vertebrador del treball consta d’una sèrie d’experiments al laboratori amb la mosca Drosophila Melanogaster, que podrien representar el punt de partida en una possible investigació en teixits humans. L’estudi pretén traslladar els resultats obtinguts en possibles aplicacions en la medicina, i sobretot en el tractament i la prevenció del càncer.
En una primera part del treball s’hi exposa un marc teòric que situa a nivell contextual la investigació. Aquesta part s’hi explica el concepte de gen i com aquest codifica per la síntesi de proteïnes que són els elements funcionals dels éssers vius. Aquest procés és tan important que està regulat per molts factors d’entre els quals s’ha destacat els microARNs, petits fragments d’ARN que s’uneixen al gen en forma d’ARN missatger i en degraden la seva expressió, és a dir, impedeixen la síntesi de proteïnes.
Una segona part on s’hi esmenta la metodologia dels experiments realitzats al laboratori que tenien per objectius determinar la funció que compleix la maquinària de microARNs en el creixement de l’ala de la Drosophila Melanogaster, identificar el gen responsable del creixement de l’ala sotmès a la regulació de microARNs i determinar quina proteïna es troba regulada per microARNs i promou la degradació del gen responsable del creixement de l’ala en les mosques Drosophila Melanogaster.
Finalment, a la tercera part s’ha volgut demostrar la importància dels processos de regulació de l’expressió genètica buscant les aplicacions d’aquest àmbit en la medicina i mostrant les possibles millores en la salut que comportaria la investigació d’aquesta part de la ciència tan desconeguda: l’epigenètica.
Resultats i conclusions
Pel que fa a l’efecte que té la maquinària de microARNs sobre l’expressió genètica, s’ha pogut comprovar experimentalment sobre Myc que es tracta d’un gen que codifica per una proteïna que controla processos de proliferació i creixement cel·lular. Conseqüentment, moltes vegades es troba sobreexpressat en les cèl·lules canceroses que es multipliquen exageradament generant tumors. En aquest estudi realitzat en Drosophila Melanogaster s’ha descobert que els microARNs controlen els nivells d’expressió de Myc a través de la proteïna Mei-P26. Els microARNs són molècules que representen menys de l’1% del genoma humà, però presenten la capacitat d’anul·lar o modificar l’expressió dels gens.
Pel que fa a la proteïna Mei-P26, s’ha comprovat experimentalment en Drosophila Melanogaster que es tracta d’una proteïna intercalada en el procés de regulació de l’expressió de Myc. Mei-P26 presenta una seqüència molt similar a una E3-ubiquitin ligase i desenvolupa una funció semblant que consisteix en unir-se a una proteïna E2 i transferir un grup d’ubiquitina al substrat (Myc). L’ubiquitina és una molècula reconeguda per unes estructures anomenades proteosomes que es troben a la cèl·lula i degraden a Myc degut a la identificació d’ubiquitina que s’hi troba adherida.
Eliminant la maquinària de microARNs de Drosophila Melanogaster en una de les seves ales en desenvolupament, s’obtenen resultats similars que reprimint l’expressió de Myc: l’ala és més petita ja que les cèl·lules no proliferen correctament.
Myc, doncs, controla el creixement de teixits. A més, Mei-P26 es sobreexpressa en disminuir els nivells de microARNs en les cèl·lules, ja que no es veu degradada pels microARNs, i així, reprimeix l’expressió de Myc.
Cal concloure que l’objectiu de la recerca va més enllà de definir l’efecte de la maquinària de microARNs, tot i que aquest mecanisme té una influència directa en l’epigenètica, és a dir, les variacions produïdes en l'expressió escrita dels gens segons la relació que tenen amb els factors ambientals.
Es dóna per entès que l’ADN conté tota la informació genètica que qualsevol persona hereta, així que les experiències d’un individu al llarg de la seva vida no es transmeten als seus fills. No obstant, la maquinària de microARNs provoca que alguns gens no es puguin expressar, així doncs, aquest sistema i altres factors externs dels individus, com la seva alimentació o l'estrès, afecten a les seqüències genètiques heretables. De la mateixa manera es demostra la influència de l´epigenètica en l'envelliment, ja que al llarg dels anys es reprimeix l’expressió de nombrosos gens provocant una distorsió de l’epigenoma. A més, l’envelliment molecular està accentuat en alguns processos de l'organisme, com l’acció del sistema immunològic, l'obesitat, el metabolisme i vies implicades en la regulació del càncer. Això és degut al fet que els microARNs poden regular l’expressió de gens com Myc que promou la proliferació de teixits, aquest creixement descontrolat de cèl·lules pot donar lloc a la formació de tumors, benignes o malignes, i desenvolupar càncer.
No obstant, cal tenir en compte que hi ha altres factors epigenètics, a més de la maquinària de microARNs, que poden alterar l’expressió genètica d’un organisme. Per exemple, la metilació de l’ADN (addició de grups metils a la cadena), l’acetilació (addició de grups acetils a les proteïnes histones, responsables de l’enrotllament del material genètic), factors ambientals com l’exposició a agents químics durant l’etapa prenatal o post-natal, la radiació solar, l’alimentació...
Conèixer aquests factors permet modificar positivament el nostre genoma mantenint hàbits de vida saludables. Per exemple, en pacients alcohòlics que solen patir deficiències de vitamines que provoquen la metilació del seu material genètic, el desenvolupament de diverses malalties com per exemple alteracions autoimmunes o mutacions de gens responsables del síndrome de Rett (retràs mental en les dones), entre d’altres.