Luces, genes… ¡Acción!

A principios de esta semana leí una curiosa noticia en la que gracias a la luz conseguían estudiar los mecanismos de adicción a la cocaína a nivel de sistema nervioso central; al principio esto me recordó a otro artículo ya publicado en el blog y me sorprendió que se considerara novedoso, ya que usar la GFP y derivados no es algo realmente nuevo, pero entonces leí la palabra “optogenética” y la descripción sencilla que se hacía en la noticia de esta técnica y me di cuenta que se trataba de algo más complejo que el simple uso de proteínas de fusión con GFP.

Con un poco de búsqueda de información logré hacerme una idea aproximada de lo que es la optogenética y ahora intentaré trasladaros una explicación sencilla de esta tecnología.

La optogenética, una técnica desarrollada en los últimos 6-8 años, empieza con una modificación genética localizada del área de interés (in vivo) o del cultivo celular que se quiera estudiar (in vitro), generalmente utilizando transfección con virus (algo parecido a lo utilizado en terapia génica). Con esta modificación se busca la adición de un gen exógeno (no propio del organismo al que se introduce) que codifica para la expresión de una proteína, que de alguna forma responderá a la luz enviando una señal a la célula para que realice una acción determinada.

Existe un amplio catálogo de sistemas que siguen estas bases, con genes procedentes de algas, bacterias… y de la misma forma existen muchos experimentos que utilizan esta tecnología para estudiar distintos fenómenos fisiológicos. Normalmente la idea es provocar cambios de potencial en las membranas de las neuronas para que se dispare una señal neuronal, pero también se han diseñado sistemas que permiten regular con la luz señales intracelulares.

La forma de responder a la luz depende del gen introducido. En algunos casos la prot
eína codificada por el gen presenta un
canal de iones unido a un dominio opsina que responde a la luz activando o inhibiendo la función del canal o bomba de iones; al igual que con las proteínas fluorescentes, estas proteínas se han “rediseñado” para que su respuesta a la luz sea más o menos rápida y respondan a unos u otros tipos de luz (azul, roja…). Otra estrategia optogenética es añadir proteínas (principalmente canales y bombas de iones) que por sí mismas no son sensibles a la luz, pero que pueden ser reguladas por ligandos que sí son modulables por estímulos luminosos; en este caso el gen que codifica para el canal se introduce igualmente en las células dianas pero además se hace necesario hacer llegar el ligando hasta dichas células para que se vuelvan sensibles a la luz. Para la señalización intracelular se utilizan proteínas quiméricas (fusión de dominios de distintas proteínas) que por un lado realizan un cambio conformacional ante un estímulo luminoso y, por otro lado, el cambio conformacional activa dominios de tipo GTPasa que inician una cascada de señalización intracelular.

Con todo este arsenal de herramientas se puede lograr, por ejemplo, que cardiomiocitos en cultivo latan al ritmo de destellos de luz azul, que un ratón cambie su comportamiento dependiendo de si sus neuronas reciben o no un tipo determinado de luz y un largo etc. En el caso con el que empezaba la entrada , descrito esta semana en el congreso de neurociencias FENS celebrado en Barcelona, utilizaban la optogenética para emular los efectos adictivos de la cocaína a nivel de conexiones neuronales.

Para acabar os dejo con un vídeo de Nature Methods realizado con motivo de que la optogenética fue considerada el método del año en 2012. En él podréis ver todo lo que os he explicado en esta entrada.

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