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Pasado, presente y futuro de la Edición Genómica Máster en Genética y Evolución (Especialidad Agroalimentaria) Febrero de 2019 Aplicaciones de la Ingeniería Genética Reprogramación Celular

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Pasado, presente y futuro de la Edición Genómica

Máster en Genética y Evolución (Especialidad Agroalimentaria)

Febrero de 2019

Aplicaciones de la Ingeniería Genética

Reprogramación Celular

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Transferencia nuclear

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Ratón Triple- 40% más longevo

Ratón SuperP53- Copia extra de P53

supresor de tumores (“resistente al cáncer”). - 15% más longevo

ACTIVIDAD TELOMERASA

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Embriogénesis humana

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Blastocisto humanoMasa celular interna

(Inner cell mass)

Mouse fibroblasts feeder layer

Células troncales humanas(ES cells)

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Terapia celular con células troncales

Blastocyst

Human Embryonic

Stem Cells

Neuronas

Lesiónmedular

Parkinson’s

Cardiomiocitos

Fallo

cardíaco

Células beta

Diabetes

Osteoblastos

Osteoporosis

Roturas de hueso

Condrocitos

Artritis

Hepatocitos

Fallo hepático

Drug discoveryCélulas dendríticas

Inducción de

tolerancia frente

a antígenos

Immunoterapia

contra el cáncer

Bancos de células genotipadas y

producidas bajo condiciones de Good

Manufacturing Practice ( cGMP)

Terapia celular

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Usos de la clonación terapéutica

Estudio de los mecanismos de enfermedades genéticas

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Usos de la clonación terapéutica

Terapia celular

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Reparación de la mutación por recombinación

homóloga

Introducción del material reparado en la médula ósea

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Usos de la clonación terapéutica

Generación de órganos

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People in the US affected by diseases that may be helped by stem cell research

Condition Number of Persons AffectedCardiovascular diseases 58 MillionAutoimmune diseases 30 MillionDiabetes 16 MillionOsteoporosis 10 MillionCancer 8.2 MillionAlzheimer's disease 4 MillionParkinson's disease 1.5 MillionBurns (severe) 0.3 MillionSpinal cord injuries 0.25 MillionBirth defects 150,000 (per year)Total 128.4 Million --------------------------------------------------------------------------------------Data from the Patients' Coalition for Urgent Research, Washington, DC

(according to Perry, Ref. 267).

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Enfermedades genéticas con células troncales disponibles obtenidas a partir de embriones

sobrantes de fecundación in Vitro (14 en total)

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Reprogramación celular

Potencia

Célula somática

Objetivo: manipular la totipotencia celular

• Totipotente

• Pluripotente

• Multipotente

• Oligopotente

• Unipotente

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24 factores de transcripción candidatos : Ecat1, Dpp5(Esg1), Fbx015, Nanog, ERas,

Dnmt3l, Ecat8, Gdf3, Sox15, Dppa4, Dppa2, Fthl17, Sall4, Oct4, Sox2, Rex1, Utf1, Tcl1, Dppa3,

Klf4, b-cat, cMyc, Stat3, Grb2

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Métodos de reprogramación y tipos celulares reprogramados

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Criterios para definir la calidad de una célula pluripotente inducida (iPS)

• Immunocitoquímica: células positivas para fosfatasa alcalina y factores detranscripción propios de estados pluripotentes (Oct4, Klf3, Sox2, NANOG, etc)

• Pérdida de metilación en los promotores endógenos de genes de pluripotencia(Oct4, Sox2, Nanog etc).

• Expresión de antígenos de expresión detectables por “sorting”: Tra-1-81(+),Tra-1-60(+), SSEA3(+) SSEA4(+)

• Habilidad de diferenciarse en las tres líneas germinales (ectodermo,mesodermo, endodermo) durante la formación de cuerpos embrionarios (invitro)

• Formación de quimeras y transmisión germinal

• Complementación tetraploide

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Formación de quimeras y transmisión germinal:

“Gene-targeting” en células troncales de ratón

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Complementación tetraploide

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Clonación terapéutica con

células iPS

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Método Características/Ventajas/DesventajasRetroviral Integración genómica, infección células en división, eficiencia generación iPS

media/alta

Lentiviral Integración genómica, infección de células en división y quiescentes, vectorespolicistrónicos disponibles, expresión inducible de transgenes, eliminacióntransgenes mediante CRE/loxP, eficiencia generación iPS alta

Transposon Integración genómica, vector policistrónico disponible, expresión inducible detransgenes, eliminación de transgenes mediante transposasa, potencial paraterapia génica, eficiencia generación iPS alta

Fago C31 integrasa Integración genómica, vector policistrónico, expresión inducible, potencial paraterapia génica, excisión de transgenes mediante Cre/loxP, eficiencia generacióniPS media

Adenovirus Baja posibilidad de integración genómica, vector policistrónico, potencial paraterapia génica, eficiencia de generación de iPS baja

Virus Sendai Sin integración genómica, eficiencia generación iPS media/alta

Plásmido Baja posibilidad de integración, eficiencia generación iPS muy baja

Plásmido Episomal Baja posibilidad de integración, eficiencia generación iPS muy baja

Proteína Sin integración genómica, múltiples transducciones, eficiencia generación iPSmuy baja

Minicírculo Baja posibilidad de integración genómica, múltiples transfecciones, muy bajaeficiencia

mRNA Sin integración genómica, múltiples transfecciones, alta eficiencia

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Reparación mediante “gene-targeting” del genoma humano en células iPS

Estrategia vector Delivery homología Pros Contras Innovaciones

eficiencia

Modificación de

La técnica original Plásmido

de gene targeting linearizado

en mES cells

Recombinación BAC

Homóloga con BACs linearizado

Mediado por virus HDAdv o AAV

Modificación del

Genoma mediante

zinc finger nucleasas

Electroporación

Transfección

nucleofección

Electroporación

Infección viral

Transfección

Nucleofección

Infección

5-13kb

1-14.6%

27-40%

82.5-195kb

21-27%

2-3kb AAV

(33-45%)

12-22kb

HDAdV

(19-90%)

1-4kb ZFN

(5-100%)

Plásmidos expresando

ZFN junto con

Plásmidos linearizados

con homología

Diseño

fácil

Simple de

adoptar

Fácil de

adoptar

Posibilidad

de reparar

ambos alelos

Delivery

eficiente con

poca

citotoxicidad

Alta

eficiencia de

targeting

Baja

eficiencia de

targeting

Difícil

encontrar

los eventos

de targeting

Las proteínas

virales pueden

inducir una

respuesta

inmune

Experiencia en

ingeniería de

proteínas

Mutagénesis

indeseada de

otros lugares e

el genoma

Desarrollo de

moléculas

químicas para la

mejora de

clonogenicidad

Desarrollo de la

tecnología de

recombineering

Desarrollo de

virus no

integrativos

Desarrollo de

la tecnología

de Zinc fingers

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Células iPS/Modelos animales/Secuenciación

tercera generación