Una plataforma digital reúne genes de referencia para la investigación biomolecular

Es un atlas de acceso abierto creado por científicos de la Universidad de Campinas, que contiene información sobre 2.176 secuencias nucleicas de mantenimiento celular humano y 3.277 de ratones que pueden emplearse como una “regla” para medir variaciones en la expresión génica en distintos experimentos

Por Maria Fernanda Ziegler  |  Agência FAPESP – Científicos de la Universidad de Campinas (Unicamp) en el estado de São Paulo, Brasil, cargaron en una plataforma digital gratuita un banco de datos con 2.176 genes de mantenimiento celular humano y 3.277 de ratones, utilizados como referencia en experimentos de medición de la variación de la expresión genética. Esta información, que aún no estaba estructurada en un banco de datos, surge como una herramienta útil para gran parte de la comunidad científica del área biológica.

Sucede que en casi todos los estudios biomoleculares –ya sea los orientados al desarrollo de un nuevo fármaco o a la profundización del conocimiento sobre una determinada enfermedad– es necesario echar mano de los denominados genes de mantenimiento celular o constitutivos (housekeeping genes, en inglés). Básicamente, para detectar y cuantificar la variación de la expresión de genes en una célula, como consecuencia de una infección, una inflamación o incluso a causa de un tumor, por ejemplo, en primer lugar es necesario conocer aquello que se mantiene inalterable, en un mismo patrón.

Recién después, mediante la utilización de genes housekeeping que hagan las veces de “reglas”, es posible analizar con mayor precisión el tamaño de las variaciones en la expresión de otros genes. Las alteraciones en la expresión génica de la célula son importantes, pues determinan la mayor o menor expresión de las proteínas, que son las moléculas que, en última instancia, pueden desencadenar o influir en el desarrollo de la respuesta inmune o medicamentosa, como así también en procesos fisiológicos normales de la vida de las células.

“Este atlas surgió a partir de una necesidad durante mi investigación doctoral. Estaba con dificultades para seleccionar los genes de mantenimiento celular más apropiados para los experimentos que debía realizar. Al conversar con otros investigadores, me di cuenta de que el problema no era una exclusividad mía. Más bien al contrario, era algo relativamente común”, dice Bidossessi Wilfried Hounkpe, coautor del estudio publicado en la revista Nucleic Acids Research.

Hounkpe realizó un estudio doctoral con beca de la FAPESP sobre los mecanismos fisiopatológicos de la anemia falciforme. Ese estudio y la creación del atlas integran dos Proyectos Temáticos apoyados por la Fundación, el primero bajo la coordinación de Joyce Maria Annichino-Bizzacchi, y el segundo coordinado por  Fernando Ferreira Costa. 

De acuerdo con los investigadores, los genes housekeeping son esenciales para el diseño de un estudio biomolecular. Con todo, y más allá de que algunos de ellos son antiguos conocidos de los científicos, los genes housekeeping varían de una condición a otra, como así también de un tipo de célula a otro. “Una selección equivocada puede inviabilizar un estudio o impedir su reproducibilidad”, afirma Hounkpe.

Por lo general, al carecer de una herramienta como el atlas, los investigadores de todo el mundo tienden a buscar los genes de mantenimiento celular en estudios anteriores sobre el mismo tema de interés.

“El atlas se desarrolló en simultáneo con mi estudio de doctorado. La percepción del problema, la construcción de la solución, la estructuración de la base de datos y toda la programación constituyeron una idea de él y de Francine Chenó, a quién codirigí en su doctorado, y que siempre manifestó interés en los estudios de bioinformática”, informa Erich de Paula, docente de Hematología del Departamento de Clínica Médica de la Facultad de Ciencias Médicas de la Unicamp.

Los test de PCR

Uno de los principales ejemplos de investigación biomédica que requiere de la identificación de genes de mantenimiento celular específicos para calibrar su análisis los constituyen los test de PCR en tiempo real (RT-PCR). Estos exámenes, que se han vuelto famosos con la pandemia de COVID-19 –pues sirven para detectar fragmentos del ARN del virus en muestras de secreción nasal de pacientes–, constituyen una de las técnicas más utilizadas en los laboratorios de biología molecular y biotecnología de todo el mundo.

Aparte de detectar la presencia del ARN del SARS-CoV-2, el RT-PCR se emplea para estimar la cantidad de ARN expresado con cualquier gen de interés, en distintas condiciones experimentales. Sin embargo, según remarcan los investigadores, el hecho de que los genes de mantenimiento celular se utilicen como calibradores de estos análisis los dota de un papel fundamental en la precisión de los resultados finales, que se expresan con la referencia a la cantidad de ARN de los genes de mantenimiento celular.

Genes y moléculas importantes

Aparte del PCR en tiempo real, una forma cada vez más aplicada para cuantificar variaciones en la expresión de genes de una célula es el ARN-sec. Esta técnica forma parte del conjunto de estrategias al que se conoce con el nombre de secuenciación genética de nueva generación, y que exhibe como principal ventaja la posibilidad de medir la expresión de diversos genes al mismo tiempo. De este modo, es posible obtener el transcriptoma, es decir, el conjunto completo de moléculas de ARN expresadas en un tejido.

Y fue precisamente la utilización cada vez mayor de esa técnica lo que hizo posible la construcción de este banco de datos, creado mediante la minería de bases de datos públicos de ARN-sec. “Nosotros no hicimos mil experimentos para obtener esa información. Fue un trabajo de bioinformática. Empleamos una base de datos pública con información de ARN-sec de una gran cantidad de muestras en distintos tipos celulares. Lo que la herramienta hace es la minería en esas bases de datos para detectar la expresión de esos genes en un gran número de experimentos en diferentes células. Aplicamos un algoritmo que le entrega esa información estructurada en una plataforma al investigador”, dice De Paula.

A partir de la minería de los datos recabados mediante la secuenciación de más de 11 mil muestras de 52 tejidos humanos y 14 tejidos de ratones sanos, el usuario del atlas puede visualizar la expresión de 2.158 transcritos (de 2.176 housekeeping genes) humanos y 3.024 transcritos (de 3.277 housekeeping genes) de ratones y seleccionar la que más le convenga para su experimento.

Además de los genes de mantenimiento celular, otra utilidad del atlas consiste en indicar otros factores o condiciones experimentales (proteínas, enzimas, hormonas, drogas y enfermedades) que pueden modificar la expresión de esos transcritos. La plataforma suministra también una lista de iniciadores o primers (cadenas de ácidos nucleicos necesarias para el comienzo de la replicación del ADN) diseñados y validados por los científicos para facilitar la planificación del experimento del usuario.

“Por tratarse de una herramienta que parte de una base de ARN-sec, este atlas también aporta información adicional sobre cuál transcrito del gen es el más adecuado para un determinado experimento. Es una selección más precisa, pues se utiliza una lupa más detallada, que permite no solamente ver con mayor precisión cuáles son los mejores genes de referencia, sino también señalar los transcritos más adecuados para su utilización como patrones en un tipo específico de células dentro de un mismo gen”, dice De Paula.

Puede leerse el artículo intitulado HRT Atlas v1.0 database: redefining human and mouse housekeeping genes and candidate reference transcripts by mining massive RNA-seq datasets (doi: 10.1093/nar/gkaa609), de Bidossessi Wilfried Hounkpe, Francine Chenou, Franciele de Lima, Erich Vinicius de Paula, en el siguiente enlace: academic.oup.com/nar/advance-article/doi/10.1093/nar/gkaa609/5871367.