Los Nobel de la Genética (III)

 

Manuel Pérez Alonso y Amparo Tolosa

 

Nobel Genética

 

Continuamos nuestro recorrido histórico con dos dobletes más de Premios Nobel de Química y Medicina para la Genética. El premio Nobel de Química de 1989 que fue otorgado a Sidney Altman y Thomas R. Cech por su descubrimiento de las propiedades catalíticas del ARN. Los investigadores demostraron que el ARN, hasta entonces considerado únicamente como una molécula portadora de información hereditaria, también podía ejercer funciones como enzima  y cortar otras moléculas de ARN. Ese mismo año, el Premio Nobel de Medicina fue recibido por J. Michael Bishop y Harold E. Varmus, por su descubrimiento del origen celular de los oncogenes retrovirales.  Los investigadores fueron los primeros en describir los oncogenes y señalar que el cáncer puede ser producido tanto por virus como por la activación de los propios genes (oncogenes) del organismo.

El año 1993 el premio Premio Nobel de Medicina fue otorgado a Richard J. Roberts y Phillip A. Sharp por sus descubrimientos sobre el procesamiento de los genes. Los investigadores mostraron que los genes están interrumpidos y formados por exones e intrones y que la molécula de ARN  mensajero sufre un proceso de eliminación de intrones y unión de exones durante su maduración. Una consecuencia de este proceso es la existencia de procesamiento alternativo, mecanismo por el que de un mismo gen pueden obtenerse diferentes productos proteicos, según se utilizan unos exones u otros.  Ese mismo año Kary B Mullis y Michael Smith compartían el premio Nobel de Química por sus contribuciones al desarrollo de métodos basados en el ADN. Mullis recibió el premio por la invención de la Reacción en Cadena de la Polimerasa, técnica de amplificación del ADN conocida en todo laboratorio de Genética. Smith lo recibió por sus contribuciones al establecimiento de la mutagénesis dirigida de oligonucleótidos y su desarrollo en estudios de proteínas.

 

Los genes están interrumpidos y formados por exones e intrones. La molécula de ARN mensajero sufre un proceso de eliminación de intrones y unión de exones durante su maduración. Imagen: Medigene Press SL.

 

Dos años después, en 1995, Edward B. Lewis, Christiane Nüsslein-Volhard y  Eric F. Wieschaus fueron galardonados con el Premio Nobel de Medicina, por sus descubrimientos en el control genético del desarrollo embrionario temprano. Los tres investigadores realizaron diferentes aportaciones sobre los genes que dirigen el desarrollo de diferentes órganos en Drosophila.

Tenemos que adelantarnos 7 años más hasta el siguiente Nobel en Genética. En 2002 Sydney Brenner, John Sulston y Robert Horvitz recibieron el Premio Nobel de Fisiología o Medicina por sus descubrimientos sobre la regulación genética del desarrollo de los órganos y la muerte celular programada. Los trabajos de los tres investigadores estudiando un gusano de laboratorio (Caernohabditis elegans) permitieron determinar que la muerte celular programada forma parte del proceso normal de diferenciación, así como identificar qué genes clave interaccionan en la muerte celular programada y cuáles se encuentran presentes en humanos.

En 2004, Richard Axel y Linda Buck compartieron el Premio Nobel de Medicina por sus descubrimientos de los receptores olfativos y la organización del sistema olfativo. Los investigadores mostraron cómo cientos de genes codifican para los sensores olfativos situados en las neuronas olfativas sensoriales de la nariz y cómo la recepción de estímulos olfativos por los diferentes sensores provoca señales eléctricas que son enviadas en interpretadas en el cerebro.

Dos años después, Andrew Z. Fire y Craig C. Mello recibieron el Premio Nobel de Medicina por su descubrimiento del ARN de interferencia y silenciamiento génico mediante ARN de doble cadena. Fire y Mello describieron un nuevo mecanismo de degradación de los ARN mensajeros de genes concretos basado en la unión de ARN complementario al ARN mensajero y activación de maquinaria bioquímica encargada de degradar moléculas de ARN de doble cadena. El trabajo de Fire y Mello sería crucial para el desarrollo de una nueva herramienta para silenciar genes en biología y medicina.

Ese mismo año Roger D. Kornberg recibió el premio Nobel de la Química por sus estudios sobre las bases moleculares de la transcripción eucariótica.  Kornberg fue el primero en caracterizar el proceso de transcripción (transferencia de la información del ADN al ARN) en eucariotas, determinó la estructura de la enzima responsable, la ARN polimerasa, y obtuvo imágenes detalladas de la síntesis de ARN a partir de ADN. Nos parece curioso mencionar que la ceremonia de premios Nobel en la que Roger D Kornberg recibió su premio no era la primera a la que asistía. A los doce años había estado presente en la ceremonia en la que su padre, Arthur Kornberg, recibió el mismo premio por sus trabajos con la ADN polimerasa.

 

Kornberg fue el primero en caracterizar el proceso de transcripción (transferencia de la información del ADN al ARN) en eucariotas. Imagen: Medigene Press SL.

 

Nuestra siguiente parada es en 2007, año en el que el Premio Nobel de Medicina fue otorgado a  Mario R. Capecchi, Martin J. Evans y Oliver Smithies, por sus descubrimientos de los principios para introducir modificaciones genéticas específicas en ratones mediante la utilización de células madre embrionarias. El trabajo de Capecchi y Smithies estuvo centrado en demostrar que la recombinación homóloga podía ser utilizada para modificar los genes de forma específica en las células de mamífero. Evans consiguió cultivar en laboratorio células madre embrionarias que combinadas con el trabajo de Capecchi y Smithies serían utilizadas como sistema para generar ratones con genes concretos inactivados. Fruto del trabajo de los tres investigadores fue posible generar múltiples modelos de enfermedades genéticas en ratón, así como determinar la función de otros genes.

 

La posibilidad de introducir modificaciones genéticas específicas en ratones mediante la utilización de células madre embrionarias facilitó el desarrollo de múltiples modelos de enfermedades en ratón. Imagen: Medigene Press SL.

 

Dos años después, en 2009, Elizabeth H. Blackburn, Carol W. Greider y Jack W. Szostak recibieron el Premio Nobel de Medicina por el descubrimiento de cómo son protegidos los cromosomas por los telómeros y la enzima telomerasa. Blackburn había descubierto en 1980 que las regiones terminales de los cromosomas están compuestas por un ADN especial. Posteriormente, la investigadora probó, junto con Szostak, que los telómeros previenen la degradación de los extremos de los cromosomas. Y más tarde, junto a Carol Greider, descubrió la enzima telomerasa, encargada de mantener los telómeros.  Los resultados de los tres investigadores fueron clave para conocer uno de los mecanismos fundamentales de la célula, cómo se dividen los cromosomas y como se mantiene su integridad. Estudios posteriores de estos y otros investigadores revelaron el papel de los telómeros en el envejecimiento y su potencial como diana de tratamiento de diversas enfermedades humanas, incluido el cáncer.

 

Los telómeros previenen la degradación de los extremos de los cromosomas. Imagen: Medigene Press SL.

 

En 2012, John B. Gurdon y Shinya Yamanaka recibieron el Premio Nobel de Medicina por el descubrimiento de que las células maduras pueden ser reprogramadas para convertirse en pluripotentes. En 1962, Gurdon demostró que las células adultas contienen la información necesaria para generar todos los tipos celulares del organismo.  El investigador había conseguido extraer el núcleo de un óvulo fecundado de rana, reemplazarlo por el núcleo de una célula diferenciada de un renacuajo y obtener una nueva rana. Casi 40 años más tarde, Yamanaka identificó un grupo de genes relacionado con la desdiferenciación celular desde un estado especializado a un estado inmaduro y demostró que las células de la piel de ratón podían se reprogramadas, primero en células inmaduras y, posteriormente, en diferentes tipos celulares. Los resultados de ambos investigadores reformularon muchas de las creencias de la biología celular del momento y sirvieron para abrir un nuevo campo de investigación muy prometedor para la biomedicina.

Randy W Sheckman, compartió el Premio Nobel de Medicina  de 2013 con James E. Rothman y Thomas C. Südhof, por sus descubrimientos de la maquinaria que regula el tráfico de vesículas, uno de los principales sistemas de transporte de nuestras células. Scheckman demostró que los defectos en el sistema de transporte vesicular son debidos a alteraciones genéticas y caracterizó diferentes genes relacionados con este proceso.  Su trabajo proporcionó un importante conocimiento sobre cómo está regulada la maquinaria responsable del transporte de sustancias en el interior de las células y cómo la alteración de la compleja red puede derivar en el desarrollo enfermedades.

El último premio Nobel relacionado con la Genética, hasta el momento, es el de 2015, cuando Tomas Lindahl, Paul Modrich y Aziz Sancar recibieron el premio Nobel de Química por sus estudios mecanísticos sobre la reparación del ADN.  Lindahl, Modrich y Sancar realizaron importantes contribuciones sobre los diferentes mecanismos que utilizan las células para reparar el ADN y demostraron que la investigación básica puede llevar al desarrollo de aplicaciones destinadas a mejorar la salud y calidad de vida.

 

Las células utilizan diferentes mecanismos para reparar los daños en el ADN. Imagen: Medigene Press SL.

 

¿Cuál será el próximo Premio Nobel de la Genética? ¿Será en 2017? En pocos días lo sabremos.

 

También puedes leer más sobre los primeros Premios Nobel de la Genética en:

Los Premios Nobel de la Genética (I)

Los Premios Nobel de la Genética (II)

 

 

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