La interferencia de ARN (ARNi) ha revolucionado las técnicas de silenciamiento de genes y desempeña un papel fundamental tanto en los estudios de función genética como en las aplicaciones biotecnológicas, como por ejemplo la terapia génica, el control de plagas y el silenciamiento de genes cruciales para la acuacultura de crustáceo.s
Sin embargo, los desafíos asociados con el silenciamiento genético eficiente en las gónadas, particularmente en los ovarios, de los artrópodos han dejado perplejos a los investigadores durante mucho tiempo.
En un artículo publicado en la revista Aquaculture, los científicos de la Ben-Gurion University of the Negev, revelaron un desarrollo innovador: la quimera de proteína silenciadora específica de ovocitos (OSSCot), una herramienta diseñada para la unión y entrega precisas de ARN bicatenario (ds) a ovocitos de crustáceos.
Mecanismo de ARNi en invertebrados
En los invertebrados, el ARNi se basa en la introducción de grandes tramos de ARN bicatenario (ARNds), que superan los 200 pares de bases, para silenciar eficazmente genes específicos dirigiéndose al ARNm complementario.
Este proceso implica la acción enzimática de Dicer, que transforma el dsRNA introducido en pequeños ARN de interferencia (siRNA). Estos ARNip luego se asocian con el complejo silenciador inducido por ARN (RISC), lo que lleva a la fragmentación del ARNm objetivo y la posterior parada de la traducción genética. Dicer y el complejo RISC, ambos pertenecientes a la familia de proteínas de unión a ARNds (dsRBP), desempeñan papeles clave en este intrincado proceso.
OSSCot: Una maravilla molecular
“En nuestro estudio actual, presentamos un avance innovador en nuestro programa a largo plazo: la quimera silenciadora específica de ovocitos (OSSCot)”, reportan los científicos.
OSSCot es una ingeniosa fusión de un dominio de unión a ARNbc derivado de una proteína de unión a ARNbc de Macrobrachium rosenbergii específica y un péptido de 24 aminoácidos procedente de la proteína de la yema, la vitelogenina.
Esta quimera única sirve como clave para desbloquear los desafíos que plantea la naturaleza intratable de los ovarios de los crustáceos a los métodos tradicionales de silenciamiento genético.
Éxito In Vitro e In Vivo
Los resultados de meticulosos exámenes in vitro e in vivo demuestran la eficacia de OSSCot. La quimera permite la entrada específica de ARNbc en ovocitos de crustáceos, lo que marca un importante avance en el silenciamiento genético dirigido.
Además, OSSCot demuestra su valía protegiendo el dsRNA de la degradación por endonucleasas en el ovario, asegurando la estabilidad de la carga genética.
Maquinaria de ARNi mejorada y desarrollo ocular deteriorado
El quid de este avance radica en la vinculación exitosa de OSSCot con el dsRNA específico similar a PAX6 de M. rosenbergii, el gen maestro para el desarrollo ocular. La inyección de esta combinación personalizada en la hemolinfa de hembras vitelogénicas da como resultado una mayor expresión de la maquinaria de la enzima ARNi.
En consecuencia, los embriones de las hembras tratadas presentan un desarrollo ocular deficiente, lo que corrobora la utilidad práctica de OSSCot para manipular la expresión genética con precisión.
Implicaciones futuras
Las implicaciones de esta investigación se extienden más allá de M. rosenbergii, ya que la herramienta desarrollada es prometedora para el silenciamiento de genes específicos de ovocitos en otras especies de crustáceos. Los investigadores y biotecnólogos tienen ahora un instrumento versátil a su disposición, que abre vías para explorar la función genética en diversos organismos de crustáceos y promover aplicaciones biotecnológicas.
Con sus aplicaciones potenciales en la investigación básica y la acuicultura, OSSCot se erige como una herramienta prometedora para avanzar en nuestra comprensión de la genética de los crustáceos y aprovechar la manipulación genética para mejorar las poblaciones de crustáceos en entornos de acuicultura.
Los científicos destacan que muchos genes relevantes para el desarrollo y la acuicultura requieren la intervención de ARNi en una etapa temprana del ciclo de vida, ya sea en los testículos o en los ovarios o incluso en las primeras etapas del desarrollo embrionario.
Conclusión
La creación de OSSCot marca un momento decisivo en la biotecnología de los crustáceos. Esta herramienta innovadora no sólo supera los desafíos históricos del silenciamiento de genes en ovarios de crustáceos, sino que también allana el camino para una nueva era de manipulación genética dirigida.
La incorporación exitosa de ARNbc funcional a ovocitos de crustáceos presagia un futuro en el que se podrán desentrañar los misterios de la función genética en diversas especies, ofreciendo oportunidades sin precedentes tanto para la investigación como para la innovación biotecnológica.
El estudio ha sido financiado por The National Institute for Biotechnology in the Negev (NIBN).
Contacto
Isam Khalaila
Avram and Stella Goldstein–Goren Department of Biotechnology Engineering
Ben-Gurion University of the Negev
Beer Sheva 84105, Israel
Email: isam@bgu.ac.il
Referencia
Omer Ilouz, Shany Cohen, Isam Khalaila. 2024. A protein chimera for dsRNA binding and delivery into oocytes for large-scale gene silencing in crustacean aquaculture, Aquaculture, Volume 580, Part 1, 2024, 740321, ISSN 0044-8486, https://doi.org/10.1016/j.aquaculture.2023.740321.
