Biología Molecular en Biología Molecular en EndocrinologíaEndocrinología

Gustavo F. GonzalesGustavo F. Gonzales

Septiembre 2005Septiembre 2005

Biología MolecularBiología Molecular

Es el estudio de la Es el estudio de la biologíabiología a un nivel a un nivel molecularmolecular. . Su campo se superpone con otras áreas de la Su campo se superpone con otras áreas de la biologíabiología, particularmente la , particularmente la genéticagenética y la y la bioquímicabioquímica. .

Se refiere al entendimiento de las interacciones Se refiere al entendimiento de las interacciones entre los varios sistemas de una célula, entre los varios sistemas de una célula, incluyendo la interrelación del DNA, RNA y la incluyendo la interrelación del DNA, RNA y la síntesis de proteínas y aprender como se síntesis de proteínas y aprender como se regulan estas interacciones. regulan estas interacciones.

Biología MolecularBiología Molecular

Es el estudio científico de la base molecular del proceso Es el estudio científico de la base molecular del proceso de la vida, incluyendo la respiración molecular, excreción de la vida, incluyendo la respiración molecular, excreción y reproduccción. y reproduccción.

El término Biología Molecular fue acuñado en 1938 por El término Biología Molecular fue acuñado en 1938 por Warren Weaver, quien sería luego director del programa Warren Weaver, quien sería luego director del programa de Ciencias Naturales en la Fundación Rockefeller. de Ciencias Naturales en la Fundación Rockefeller.

En 1950 W. T. Astbury de la Universidad de Leeds usó En 1950 W. T. Astbury de la Universidad de Leeds usó el término en su acepción actualmente aceptada: Para el término en su acepción actualmente aceptada: Para describir el área de investigación, muy cercanamente describir el área de investigación, muy cercanamente relacionada y a menudo superponiéndose a la relacionada y a menudo superponiéndose a la Bioquímica, conducido por biólogos cuyo abordaje e Bioquímica, conducido por biólogos cuyo abordaje e interés en la biología están principalmente en el nivel interés en la biología están principalmente en el nivel molecular de organización. molecular de organización.

Genoma humanoGenoma humano

1953: Watson y Crik decriben la estructura 1953: Watson y Crik decriben la estructura de doble hélice del DNAde doble hélice del DNA

Junio del 2000: Borrador del genomaJunio del 2000: Borrador del genoma 30,000-40,000 genes30,000-40,000 genes 500,000- 1millón de proteínas500,000- 1millón de proteínas

Expression cloningExpression cloning Una de las técnicas más básicas de la biología Una de las técnicas más básicas de la biología

molecular para estudiar la función de las proteínas es molecular para estudiar la función de las proteínas es expression cloning. expression cloning.

En esta técnica, el DNA que codifica para un a proiteína En esta técnica, el DNA que codifica para un a proiteína de interés es de interés es clonadoclonado (usando (usando PCRPCR y/o enzimas de y/o enzimas de restrictión) en plásmidos (conocidos como vectores de restrictión) en plásmidos (conocidos como vectores de expresión). expresión).

Este plásmido puede tener elementos promotores Este plásmido puede tener elementos promotores especiales que facilitarán la producción de la proteína de especiales que facilitarán la producción de la proteína de interés.interés.

Este plásmido puede ser insertado en células Este plásmido puede ser insertado en células bacterianas o en células animales. La inoculación de bacterianas o en células animales. La inoculación de DNA en las células bacterianas se denomina DNA en las células bacterianas se denomina transformación transformación

PLASMIDOSPLASMIDOS

Aunque en general es adecuado decir que Aunque en general es adecuado decir que el genoma de los procariotas consta de un el genoma de los procariotas consta de un solo cromosoma, muchas bacterias solo cromosoma, muchas bacterias poseen, además, uno o varios elementos poseen, además, uno o varios elementos genéticos accesorios extracromosómicos, genéticos accesorios extracromosómicos, a los que denominamos a los que denominamos plásmidosplásmidos..

The polymerase chain reaction The polymerase chain reaction (PCR)(PCR)

Es una técnica extremadamente versátil para Es una técnica extremadamente versátil para copiar DNA. copiar DNA.

PCR permite que una secuencia simple de DNA PCR permite que una secuencia simple de DNA sea copiada (millones de veces), o alterada de sea copiada (millones de veces), o alterada de manera predeterminada. Por ejemplo, PCR manera predeterminada. Por ejemplo, PCR puede ser usada para introducir sitiops de puede ser usada para introducir sitiops de restricción en enzimas, o para mutar (cambiar) restricción en enzimas, o para mutar (cambiar) bases particulares de DNA. PCR puede ser bases particulares de DNA. PCR puede ser usado para determinar si un fragmento particular usado para determinar si un fragmento particular de DNA se encuentra en la cDNA library.de DNA se encuentra en la cDNA library.

Estudio de las FuncionesEstudio de las Funciones

Extirpación de órganos: Siglo XIX, Mitad Extirpación de órganos: Siglo XIX, Mitad de Siglo XXde Siglo XX

Extirpación de Genes: Fines de Siglo XX, Extirpación de Genes: Fines de Siglo XX, Siglo XXISiglo XXI

El ratón KnockoutEl ratón Knockout

A mouse missing a single gene (that has A mouse missing a single gene (that has been knocked out). Knockout mice are been knocked out). Knockout mice are used in biomedical research.used in biomedical research.

A mouse in which a single gene of choice A mouse in which a single gene of choice is inactivated or "knocked-out" in a manner is inactivated or "knocked-out" in a manner that leaves all other genes unaffected. that leaves all other genes unaffected.

¿Cómo se prepara un gen Knock ¿Cómo se prepara un gen Knock Out?Out?

The gene to be "knocked out" is first isolated and The gene to be "knocked out" is first isolated and genetically engineered to that it is inactive and carries genetically engineered to that it is inactive and carries genetic "tags" within it.  genetic "tags" within it. 

This genetic construct is then introduced into special This genetic construct is then introduced into special cells called cells called embryonic stem cellsembryonic stem cells.  In a small number of .  In a small number of cases, the inactivated gene will align with the correct cases, the inactivated gene will align with the correct gene, and then replace it.  This event can be traced by gene, and then replace it.  This event can be traced by the genetic tags introduced into the defective gene.  the genetic tags introduced into the defective gene. 

Those embryonic stem cells carrying the inactivated Those embryonic stem cells carrying the inactivated gene can then be isolated and introduced (by injection) gene can then be isolated and introduced (by injection) into a pre-embryonic structure called the blastocyst.  into a pre-embryonic structure called the blastocyst. 

The blastocyst can then be transplanted into a female The blastocyst can then be transplanted into a female mouse to develop to term.  Some of the cells in the mouse to develop to term.  Some of the cells in the resultant mouse will contain the inactivated gene. resultant mouse will contain the inactivated gene.

Homocigotes Knock outHomocigotes Knock out

El blastocisto conteniendo el defecto en el El blastocisto conteniendo el defecto en el gen es transplatado a una ratona hembra.  gen es transplatado a una ratona hembra. 

Algunas de las células de los ratones Algunas de las células de los ratones resultantes (crías) contienen al gen resultantes (crías) contienen al gen inactivado.inactivado.

El apareo de un macho y una hembra El apareo de un macho y una hembra cada uno conteniendo el gen inactivado cada uno conteniendo el gen inactivado produce un ratón o ratona homocigote. produce un ratón o ratona homocigote.

Pakareinen T, Zhang FP, Nurmi L, Poutanen M, Huhtaniemi I: Knock out of Pakareinen T, Zhang FP, Nurmi L, Poutanen M, Huhtaniemi I: Knock out of luteinizing hormone receptor abolishes the effects of follicle stimulating luteinizing hormone receptor abolishes the effects of follicle stimulating

hormone on pre-ovulatory maturation and ovulation of mouse Graafian follicles. hormone on pre-ovulatory maturation and ovulation of mouse Graafian follicles. Mol Endocrinology 2005. JuneMol Endocrinology 2005. June

La expresión del receptor de LH es La expresión del receptor de LH es esencial, además de participar en la esencial, además de participar en la ovulación, para la maduración folicular en ovulación, para la maduración folicular en la progresión del estadío antral al pre-la progresión del estadío antral al pre-ovulatorio.ovulatorio.

APOPTOSISAPOPTOSIS

Muerte Celular ProgramadaMuerte Celular Programada Marcadores: Caspasa 3Marcadores: Caspasa 3

ApoptosisApoptosis

Northen Blot y Western BlotNorthen Blot y Western Blot

  Evaluación del RNAEvaluación del RNA Evaluación de anticuerpos anti-proteínasEvaluación de anticuerpos anti-proteínas

Biología Molecular en Biología Molecular en EndocrinologíaEndocrinología

Ejemplos en la LiteraturaEjemplos en la Literatura

Mantamadiotis T, Krets O, Ridder S, Bleckmann SC, Bock Mantamadiotis T, Krets O, Ridder S, Bleckmann SC, Bock D, Grone HJ, Malaterre J, Dworkin S, Ramsay RG, Schutz D, Grone HJ, Malaterre J, Dworkin S, Ramsay RG, Schutz

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Cytosolic action of thyroid hormone leads Cytosolic action of thyroid hormone leads to induction of HIF-a (alpha) and glycolitic to induction of HIF-a (alpha) and glycolitic genes.genes.

Tabb MM, Blumberg B. Mol Tabb MM, Blumberg B. Mol Endocrinol 2005; Jul 21.Endocrinol 2005; Jul 21.

New modes of action for endocrine New modes of action for endocrine disrupting chemicalsdisrupting chemicals

Chang CL, Roh J, Park JL, Klein C, Cushman N, Chang CL, Roh J, Park JL, Klein C, Cushman N, Haberberger RV, Hsu SY. Mol. Endocrinol 2005, Haberberger RV, Hsu SY. Mol. Endocrinol 2005,

JulJul

Intermedin (IMD) functions as a pituitary Intermedin (IMD) functions as a pituitary paracrine factor regulating prolactin paracrine factor regulating prolactin release.release.