Mutagénesis insercional

En biología molecular, la mutagénesis insercional es la creación de mutaciones en el ADN mediante la adición de uno o más pares de bases. Estas mutaciones insercionales pueden ocurrir de forma natural, mediadas por virus o transposones, o pueden crearse artificialmente con fines de investigación en el laboratorio.

Esta es una técnica utilizada para estudiar la función de los genes. Se permite que un transposón, como el elemento P de la Drosophila melanogaster, se integre en lugares aleatorios del genoma del organismo que se está estudiando. Los mutantes generados por este método se examinan para detectar fenotipos inusuales. Si se encuentra un fenotipo de este tipo, se puede suponer que la inserción ha provocado la inactivación del gen relacionado con el fenotipo habitual. Como se conoce la secuencia del transposón, se puede identificar el gen, ya sea secuenciando todo el genoma y buscando la secuencia, o utilizando la reacción en cadena de la polimerasa para amplificar específicamente ese gen.

Dado que muchos virus integran sus propios genomas en los genomas de sus células hospedadoras para replicarse, la mutagénesis causada por infecciones virales es un fenómeno bastante común. Sin embargo, no todos los virus que se integran causan mutagénesis insercional.

Algunas inserciones de ADN no darán lugar a ninguna mutación perceptible. Históricamente, los vectores lentivirales incluían promotores virales fuertes que tenían un efecto secundario de mutagénesis insercional, mutaciones del ADN nuclear que afectan la función de un gen. Se demostró que estos promotores virales fuertes eran la principal causa de la formación del cáncer. Como resultado, los promotores virales han sido reemplazados por promotores celulares y secuencias reguladoras. En el caso de los virus, como los gammaretrovirus, que tienden a integrar su ADN en lugares genéticamente desfavorables, la gravedad de cualquier mutación resultante depende completamente de la ubicación dentro del genoma del huésped en la que se inserte el ADN viral. Si el ADN se inserta en el medio de un gen esencial, los efectos sobre la célula serán drásticos. Además, la inserción en la región promotora de un gen puede tener efectos igualmente drásticos. Del mismo modo, si el ADN viral se inserta en un represor, el gen correspondiente del promotor puede sobreexpresarse, lo que conduce a una sobreabundancia de su producto y a una actividad celular alterada. Si el ADN se inserta en la región potenciadora de un gen, es posible que éste se exprese de forma insuficiente, lo que da lugar a una ausencia relativa de su producto, lo que puede interrumpir significativamente la actividad de la célula.

La alteración de diferentes genes tendrá efectos diversos sobre la célula. No todas las mutaciones afectarán significativamente la proliferación de la célula. Sin embargo, si la inserción se produce en un gen esencial o en un gen que está involucrado en la replicación celular o en la muerte celular programada, la inserción puede comprometer la viabilidad de la célula o incluso hacer que la célula se replique interminablemente, lo que lleva a la formación de un tumor, que puede volverse canceroso.

La mutagénesis por inserción es posible tanto si el virus es de los tipos autoinactivantes que se utilizan habitualmente en la terapia génica como si es competente para replicarse. El virus inserta un gen (conocido como oncogén viral) normalmente cerca del gen myc celular (c-myc). El gen c-myc normalmente está desactivado en la célula; sin embargo, cuando se activa, es capaz de empujar a la célula a la fase G1 del ciclo celular y hacer que la célula comience a replicarse, lo que provoca una proliferación celular descontrolada al tiempo que permite que el gen viral se replique. Después de muchas replicaciones en las que el gen viral permanece latente, comienzan a crecer tumores. Estos tumores normalmente derivan de una célula mutada/transformada (de origen clonal). El virus de la leucosis aviar es un ejemplo de un virus que causa enfermedad por mutagénesis por inserción. Los polluelos recién nacidos infectados con el virus de la leucosis aviar comenzarán a formar tumores que comenzarán a aparecer en su bolsa de Fabricio (como el timo humano). Esta inserción génica viral también se conoce como inserción promotora, ya que impulsa la expresión del gen c-myc. Existe un ejemplo de un evento de mutagénesis insercional causado por un retrotransposón en el genoma humano que causa distrofia muscular de tipo Fukuyama.

La inactivación por inserción es una técnica utilizada en la ingeniería de ADN recombinante en la que se utiliza un plásmido (como pBR322) para inhabilitar la expresión de un gen.

La inactivación de un gen mediante la inserción de un fragmento de ADN en el medio de su secuencia codificante. Cualquier producto futuro del gen inactivado no funcionará debido a los códigos adicionales que se le añaden. Un ejemplo es el uso de pBR322, que tiene genes que codifican respectivamente polipéptidos que confieren resistencia a los antibióticos ampicilina y tetraciclina. Por lo tanto, cuando una región genética se interrumpe por la integración de pBR322, la función del gen se pierde pero se gana una nueva función del gen (resistencia a antibióticos específicos).

Se ha utilizado una estrategia alternativa de mutagénesis insercional en animales vertebrados para encontrar genes que causan cáncer. En este caso, se diseña un transposón, por ejemplo, la Bella Durmiente, para interrumpir un gen de tal manera que cause el máximo daño genético. En concreto, el transposón contiene señales para truncar la expresión de un gen interrumpido en el sitio de la inserción y luego reiniciar la expresión de un segundo gen truncado. Este método se ha utilizado para identificar oncogenes.

• Insertional+mutagenesis at the U.S. National Library of Medicine Medical Subject Headings (MeSH)
• Diagrama en gene-technology-online.com