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vitro quantoinvivo.Célulasgerminativasem- bríonáriasforamestabelecidasemcamun- dongos(MatsuietaI., 1992;Resnicketal., 1992),suínos(PiedrahitaetaI.,1998;Shim etaI., 1997)e humanos(ShamblottetaI., 1998).Os protocolosparatransferênciade genesusandoCGE foramdescritosanterior- mentenaseçãosobreCTE. O próximométodoparaintroduzirDNA exógenoemanimaiscomoobjetivodeprodu- zirtransgênicoséatransferênciadegenesme- diadaporespermatozóides.Espermatozóides deváriasespéciestêmdemonstradohabilida- dedeseligaraDNA desnudo(Horanetal., 1991;Lavitranoetal.,1989;Sperandioetal., 1996)ouacomplexosdeDNA elipossomas (Bachilleretal.,1991;Rottmannetal.,1992). Geralmente,osespermatozóidessãocolhidos na ejaculaçãoou no epidídimoe incubados porperíodosvariadosa37-39°Cemmeiode fecundação.Duranteosúltimos30minutos a umahora,umasoluçãodeDNA éadicio- nadaà suspensãode espermatozóidespara gerarumaconcentraçãofinaldeDNA de 1- 25flg/ml(LavitranoetaI., 1989;Maioneet al.,1998;Sperandioetal.,1996;Figura14.9). Os espermatozóidestransformadospodem serusadosemsistemasdefecundaçãoinvitro (Lavitranoetal., 1989;Maioneetal., 1998; Sperandioetal.,1996)ou inseminaçãoarti- ficial(Gandolfietal.,1996;Schellanderetal., 1995;Sperandioetal.,1996).Noentanto,a maiorpartedosestudostêmseconcentrado emsistemasdefecundaçãoinvitro.Parausar célulasespermáticascomovetoresparatrans- ferênciadegenes,deveocorrero transporte V2\\B<0~\t Figura14.9.Transferênciade DNA a embriãomediadaporespermatozóides. 312 de DNA exógenoparao oócitodurantea fecundação.Váriosestudosavaliarame de- monstraramestaformadetransferênciade genesemdiversosestádiosdedesenvolvimen- to,incluindoembriõesdeduascélulas,blasto- cistoseanimaisadultos.Transferênciadege- nescomsucesso,mediadasporespermatozói- des,foramreportadasemcamundongos(Ba- chilleretaI.,1991;Hochietal., 1990;Lavi- tranoetaI.,1989;MaioneetaI.,1998),coe- lhos(Brackettetal.,1971;Kuznetsov& Kuz- netsov,1995),aves(Fainsoldetal., 1990), Xenopus(Kroll & Amaya,1996)e bovinos (Perezetal., 1991;SchellanderetaI.,1995; SperandioetaI., 1996).A principalvanta- gem dessemétodoparaproduzir animais transgênicosé suasimplicidade;no entanto, a desvantagemdestatécnicaé a habilidade reduzidadogenomahospedeirodeincorpo- rarDNA apresentadodestaforma.Apesarde animaistransgênicosteremsidoproduzidos pelatransferênciadeDNA mediadapor es- permatozóides,os resultadosnãosãomuito reprodutíveis.A maiorpartedosestudostem obtidosucessofIxandoDNAa espermatozói- deseintroduzindooespermatozóidenooóci- to.Umnúmeromenordeestudostemnaver- dadedocumentadoaproduçãodeembriões transgênicos,eumnúmeroaindamenorde estudosresultaramnaproduçãodeanimais transgênicos. A introduçãodecomplexosdelipossomas/ DNA é outratécnicasendoinvestigadapa- ra introduzirDNA donadoemcélulaseem- briões.Lipossomassãoestruturaspequenas, consistindoemcamadasde lipídeosseme- lhantesa lipídeosdemembrana,capazesde protegerDNA exógenodadigestãoporpro- teasese DNAse (Schaefer-Ridderet aI., 1982).Lipossomascatiônicossãocapazesde interagirespontaneamentecommoléculasde DNA formandocomplexoslipídeo-DNA (Felgneretal.,1987).Temsidopropostoque interaçõesiônicasentreoexteriorhidrofílico, positivamentecarregadodoslipossomas,eos gruposfosfatocarregadosnegativamentedas moléculasdeDNA, sãoresponsáveispelafor- mação dos complexos(Mohn & Koller, 1995).A introduçãodoDNA exógenonascé- lulasalvoocorreatravésdafusãodocomplexo lipídeo-DNAcommembranascelulares(Fi- gura 14.10).Sob condiçõesapropriadas,o DNA exógenopodesertransferidoa células eumaporçãodesteDNA selocalizanonú- cleo(Felgneretal.,1987).Tantotransforma- çõestransientes,quantoestáveis,decélulasde mamíferostemsidoamplamentedemonstra- dasnaliteratura.Oslipossomasemgeralapre- sentammaiorefIciênciadetransfecção,em comparaçãocomaeletroporaçãoouprecipi- taçãodecálcio-fosfato(Felgneretal.,1987). Umavantagemdousodelipossomascatiôni- coséqueo tamanhodoDNAaparentemente nãoéumfatorlimitanteduranteatransfecção (Choietal.,1993;Lambetal.,1993).Atrans- ferênciadegenesmediadaporlipossomastem semostradoum métodoaltamenteefIciente paratransformarcélulascultivadascomDNA exógeno.Embriõesno estádiodeumacélula tambémpodemserexpostosalipossomascar- regandogenesclonadose,potencialmente,in- corporarasseqüênciasdeDNAao seugeno- ma.Asmetodologiasparaousodevetoresli- possômicosemembriõesmamíferosainda estãoemdesenvolvimento.Mesmoqueméto- dosconfIáveise efIcientesnãosejamdesen- volvidosparausarlipossomasnaproduçãode indivíduostransgênicosemsualinhagemger- minativa,estemétodocontinuasendomuito útilparatransferirgenesalinhagenscelulares cultivadas. A eletroporaçãotemsidousadaparatrans- ferirDNA clonadoacélulaseembriões(Gag- neetaI.,1991;InoueetaI.,1990;Puchalski & Fahl,1992;Reissetal., 1986;Tur-Kaspa etal.,1986;Whitmer& Calarco,1992).Re- sumidamente,as célulasalvo,ou embriões, sãocolocadasemumasoluçãocontendoo 313 Figura14.10.TransferênciadeDNAa embriãomediadaporlipossomas genedeinteresse.A soluçãoeascélulassão expostasaumpulsoelétricodealtavoltagem eduraçãomuitocurta(JlS),queprovocauma quebratemporáriadamembranacelular(Fi- gura14.11).Duranteessaquebraocorreo aparecimentodeporosnamembrana,através dosquaiso DNA podepenetrarnacélulae fmalmenteatingironúcleo,ondepodeserin- corporadoao genoma.Estemétodoé alta- menteeficienteparaa transformaçãodecé- lulascultivadascomDNA exógeno(Gagne etal.,1991;Puchalski& Fahl,1992;Reisset al.,1986;Tur-Kaspaetal.,1986).Estatécnica temsidousadanatentativadeproduzirani- maistransgênicos,atravésda eletroporação deDNAa espermatozóides,quepor suavez carregamo DNA exógenoatéo óvulonafe- cundação(Gagneetal.,1991).Assimcomo lipossomas,o usodaeletroporaçãodeDNA 314 nãotemsidocapazdepromovertransmissão detransgenesatravésdalinhagemgerminativa emespéciesdomésticas.No entanto,aeletro- poraçãodeDNA acélulastroncoembrioná- riasdecamundongos(Wurst& Joyner,1993), e a transferênciasubseqüentedestascélulas ablastocistos,pormicroinjeção,têmresultado naproduçãodecamundongostransgênicos (Camperetal., 1995).Estemétodopossui grandepotencial,tantoisoladamente,quanto emcombinaçãocomoutros,paratransferir geneseficientementeparaaproduçãodeindi- víduostransgênicos. A biobalística,ou bombardeamentode partículas,éummétodofísicoqueutilizami- croprojéteisaceleradosparaintroduzirDNA ououtramoléculasemtecidosecélulas(San- fordetaI.,1991).Estemétodofoi desen- volvidoinicialmenteporSanfordet.alo(1988) , , , , , , , , , , , , ' , , , , , , , , , , " ,"""'" ,',',',',','.',',', , , , , , ' , , , " ,,' , , , , ,-, , , , , , , , , :':8:':':':':':':':':'; , , , , , , , "-,, , :',',','\:':'1 "-,,, "" , , , , , , , , , "'.':':':"':',',',', , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , " ,\,' , " , , ' , , , , , , , , , "" ,-" :-:- \ :- :-:- :- :- , , , , , , , " "" "'-'" , """"' . ', . :' : -:-: -\ ' : -: ' : ' : ' : :- :- :- :.. , .. , , , , , , , , , , , , Figura 14,11, Eletroporaçãode DNA emembrião, .., , ...., ..,.. , ,.., , paratransferirgenesa plantas.Seuobjetivo erasercapazdeatravessaraparedecelular, querepresentavaumobstáculomajoritárioà transformaçãogenéticadeplantas.Estemé- todo temsido aplicadoprincipalmentena manipulaçãogenéticadeplantas(Fitchetal., 1990;FrommetaI.,1990;KleinetaI.,1987; McCabeetal., 1988;McCabe& Martinell, 1993).Valeressaltarqueabiobalísticatam- bémtemsido usadaparatransformarmi- croorganismos(SanfordetaI.,1991)eorga- nelascelulares,comomitocôndrias(Johnston etaI.,1988). A principalvantagemdabiobalística,em comparaçãoaoutrosmétodosdetransfec- ção,ésuahabilidademecânicaparaatraves- sarmembranasbiológicas(BiewengaetaI., 1997),nãosendodependentedaestrutura oucaracterísticasdemembranadecélulas alvo(Jiaoetal.,1993),nemtampoucodainte- raçãoentremoléculasdeDNA comessas membranasoucanais. A introduçãoeexpressãodetransgenes emdiversaslinhagensdecélulascultivadasin vitrotambémtemsidoalcançadacoma adoçãodabiobalística(Baldarelli& Lengyel, "1'; 1990;Fizpatrick-McElligot,1992;Heiser, 1994;Johnston,1990;Klein et aI., 1992; KosteretaI., 1996;Mialhe& Miller, 1994; Woffendinetal.,1996;Yangetal.,1990;Yo- shidaetaI.,1997;ZeleninetaI.,1991;Zele- ninetaI.,1993;ZeleninetaI.,1989).No entanto,existemapenasdoistrabalhosdes- crevendoousodabiobalísticaparaintroduzir DNA exógenoemembriõesdecamundongo. Zeleninet aI., (1993)bombardearamem- briõesde2-4células,mórulaseblastocistos, comumaconstruçãogênicacontendoogene deresistênciaàneomicinaadsorvidoapartí- culasde tungstênio.Após transferênciaa receptoras,umfetode 17diasfoi colhidoe identificadocomopositivoparaapresençade DNA exógeno.Cezaretal.,(1998)utilizaram umequipamentobiobalísticodirigidoporgás hélio, para introduzir partículasde ouro adsorvidascomogenerepórterLacZemem- briõesmurinosnoestádiodeumacélula. O uso detécnicasdetransferêncianu- clear(clonagem)podeteropotencialdeele- var o númerode progêniesproduzidasa partirdeumaúnicafêmea,naescalademi- lharese possivelmentedezenasdemilhares (BondiolietaI.,1990).Desdeo nascimento da famosaovelhaclonada"Dolly" (Wilmut etaI., 1997),a tecnologiadetransferência nucleartemsetornadooutrametodologia auxiliardisponívelparaa produçãodeani- maistransgênicos. O procedimentodetransferêncianuclear utilizatantooócitosproduzidosinvitroquan- toinvivocomocitoplasmadoador(citoplas- to).O materialgenéticodo citoplastoé re- movido(enucleação),deixandoapenasoci- toplasma.Apósaenucleaçãodo oócito,um núcleodoador(carioplasto)éinjetadonoes- paçoperivitelínicodooócitoenucleado(cito- plasto).O oócitoenucleadoeacélulasdoado- rass~ofusionadasporeletrofusão.A eletro- fusãodocitoplastoecarioplastoéaltamente espécie-dependentenoquedizrespeitoàdu- 316 ração,meiodefusão,equilíbriodomeiode fusãoeamplitudedopulso.Apósafusãodo núcleodoadoredooócitoenucleado,ooóci- to é ativadotantopor estimulaçãoquímica quantoelétrica.Umaativaçãodesucessoini- ciaodesenvolvimentoatéoestádiodeblasto- cisto,seguidodetransferênciaaumarecep- torapseudo-gestante. Antesdonascimentoda"Dolly",investi- gaçõesforamconduzidasparaavaliaçõesdo citoplastoecarioplasto.PratheretaI. (1987) investigaramo usodezigotosdesuínosco- moo citoplastonatransferêncianuclearem suínos.Existemváriasvantagensemseusar o zigotocomoo citoplasto,umadasquaisé onívelreduzidodefatorpromotordematu- ração(MPF). Outravantageméqueo cito- plastoestáativadoe prontoparadesenvol- vimentosubseqüenteadiversosestádios.No entanto,existemdesvantagensnousodezi- gotoscomocitoplastosdoadores.A princi- paldesvantageméanecessidadederemover grandesporçõesdo citoplasma.O primeiro suínoclonadocom sucessofoi produzido usandoo zigotocomoo citoplasto.A vanta- gemdeseusarumoócitoéqueapenasuma pequenaporçãodo citoplasmaprecisaser removida.Apesardessavantagem,existea desvantagemparaooócitodequeocitoplas- maprecisaserativado. Antesde1997,atransferênciadenúcleos estavalimitadaapenasacarioplastosdeori- gemembrionária(Bondiolietal.,1990;Pra- theretaI., 1987;PratheretaI., 1989;Robl etaI.,1987;Smith& Wilmut,1989;Stice& Robl,1988;Tsunoda& Kato, 1997;Tsuno- da& Kato,1998;Willadsen,1986).Osca- rioplastosescolhidoseramdeblastômerose massacelularinternadeembriõesno está- diodepré-implantação."Dolly"mostrouque célulassomáticastambémpodemserusadas comodoadorasdenúcleosnatransferência nuclear.Depoisda produçãocom sucesso de"Dolly",váriostiposcelularestêmsidoÍll- vestigadosparaaproduçãodeanimaisclona- dos, incluindo célulasda trofoectoderme (Tsunoda& Kato,1998),célulasdocumulus eovidutos(KatoetaI., 1998;Wakayamaet aI.,1998),efibroblastosfetais(CibellietaI., 1998b;WilmutetaI., 1997). Célulastroncoembrionáriase célulassi- milaresaCTE tambémtêmsidoempregadas paratransferênciadenúcleos(Campbelletal., 1996;Modlinskietal.,1990;Tsunoda& Ka- to, 1993).No entanto,existeapenasumpro- dutoclonadocomsucessoemovinos(Camp- belletal.,1996).O potencialdatransferência denúcleosparausonaproduçãodeanimais transgênicos,dependefortementedatrans- fecçãodecélulassomáticas,germinativasem- brionáriase/ougerminativas.A utilizaçãode CTE emsuínosofereceumafonteadicional denúcleosembrionários,quepodemserusa- dosemprotocolosdetransferêncianuclear. A combinaçãodeCTE transfectadascomme- todologiasdetransferêncianucleardevefor- necerosinstrumentosnecessáriosparaapro- duçãodeumgrandenúmerodeanimaisdo- mésticostransgênicosgeneticamenteidênti- cos.As tecnologiasde CTE e transferência nuclearaindasãoexperimentaiseumaquan- tidadeconsideráveldevariáveisprecisamser examinadas.Ainda,poucoslaboratóriossão habilitadosnessesprocedimentos,e o custo previstodeumembriãosuínoclonadotrans- gênicopermanecedesconhecido.A comercia- lizaçãodestatecnologiavaipermitirqueuma pressãodeseleçãosejaexercidaemfêmeas, demodosimilaràquelaexercidanosmachos atravésde inseminaçãoartificial(Wheeler, 1993;Figura14.12). Finalmente,umoutrométodoparaapro- duçãodeanimaistransgênicoséempregado utilizando-secélulastroncoespermatogênicas atravésdainjeçãodeDNA exógenonostes- tículos.O DNA clonadodeinteresseéinjeta- donostúbulosseminíferosdostestículos(Kim etal., 1997;Yamazakietal.,1998).O DNA injetadopodeserincorporadopelascélulas troncoespermatogênicas,queeventualmen- tevãodarorigema espermatozóidestrans- gênicos.O sêmencontendoespermatozóides transgênicospodeserusadoemmontanatu- ralou fecundaçãoin vitro.Assimcomoa transferênciadegenesmediadaporesperma- tozóides,estemétodoésimplesmasaindaen- contra-seemdesenvolvimento. Estratégiasdetransgênese Existemduasestratégiasbásicasnapro- duçãodeanimastransgênicos.Essassãode- nominadastransgênesede "ganhodefun- ção" ou "perdade função".A idéiabásica por trásdo paradigmadeganhodefunção (Tabela14.1),équeatravésdaadiçãodefrag- mentosclonadosdeDNAao genomaanimal, alcançam-seváriosobjetivos.Um objetivoé obternovaexpressãodeumprodutogênico quenãoexistiapreviamentenaqueletipode célulaou tecido.Um exemplodistoéa ex- pressãodehormôniodecrescimentohuma- no (hGH) emfígadodecamundongo(Pal- miteretaI., 1982).O mesmoexemplopode serusadoparaadicionarumgeneeobterex- pressãoelevadano tecidoadequado(neste casoapituitáriadecamundongo),ounuma regiãoondeaexpressãodesteprodutogênico nãoocorreusualmente(i.e.fígado,rinsein- testinos).A expressãodonovoprodutogêni- co podegerarumaalteraçãona regulação deummetabólitosubseqüente,oudeumsis- temaenzimáticonumprocessometabólico ou detransduçãode sinal.Níveiselevados do fatordecrescimentoIGF-I (insulin-like growthfactor1) no sorode camundongos transgênicoséumexemplodessetipodesi- tuação.Outropotencialdeusodessaestraté- giaéoempregodeconstruçõesdeDNA co- dificantesdeumRNA mensageirodeorien- taçãoreversaou antisenseem relaçãoao promotor.EsseRNA antisenseseligaà fita ou seqüênciasensedo RNA mensageiro, 317 ~-:-:::-~.""""V' -.. . . . .. . . . . :d~34= Remoção de DNA cromossômicodo oócito receptor ~ o@ Q <IDG @G :~~ Transferênciadenúcleosembrionáriosa partir deblastômerodoador tfS::\ ~ fifi\\ ~ Fusãodemembranainduzidaeletricamente Figura14.12.Transferênciade núcleoa partirde blastômerode embriãopré-implantacionalpara umovócitoenucleado. transcritodoDNA natiyodoanimal,forman- doumheteroduplexqueimpedea tradução citoplasmáticada proteína (lzant et aI., 1985).Seumaconstruçãoantisenseépro- duzidaparaumaproteínainibitória,comoo fatordecrescimentoe diferenciaçãoGDF- 8 (tàmbémconhecidocomomiostatina),po- de-sepotencialmenteelevarocrescimentode musculaturaesquelética(McPherronetaI., 318 1997).O usofinaldestaestratégiadeganho defunçãoépromoveradisrupçãodeumge- neendógenoatravésdainserçãonogenoma hospedeiro.Esteprocedimentoinduzoapa- recimentodemutações,queporsuavezpo- demserestudadas.Essamutagêneseporin- serçãoéumaintegraçãoao acaso,fortuita, emumaregiãofuncionaldogenomahospe- deiro,portantonãopodeserplanejada;no entanto,cercade 5% dosanimaistransgê- nicosproduzidosirãoapresentartalmuta-ção.Palmiteretalo(1983)demonstraramque umalinhagemdecamundongostransgênicos, carregandoumgenedefusãoMT-l Herpes tk,erafértil,porémosmachosnãoforamca- pazesdetransmitiraseqüênciadeDNA exó- geno.A conclusãofoiqueainserçãodotrans- geneinativouumgeneendógeno,detalfor- maqueosespermatozóidesqueherdaramtal mutaçãoforamdestruídos(PalmiteretaI., 1982).Eles demonstraramque DNA mi- croinjetadopossuia habilidadede destruir genesdoorganismohospedeiroenvolvidos emprocessosmuitosutise específicosdo desenvolvimento. O paradigmade "perdadefunção"tem muitasaplicaçõessimilaresà estratégiade "ganhode função",especialmenteno que concerneexpressãoexcessiva,mutaçõesde inserçãoeantisense.Suaprincipaldiferença éahabilidadededisrupçãodegenesdeuma maneiradirigida.Estaestratégiaseutilizada habilidadedeCTE derealizarrecombinação homóloga.A produçãodeanimaistransgêni- cosé dependentedahabilidadedascélulas degerarrecombinantesestáveisentreoDNA exógenoeo DNA cromossomaldogenoma hospedeiro.A maioriadesseseventossão recombinaçõesnão-homólogas,quandoo DNA introduzidoseinsereaoacasonoge- noma.No entanto,algumascélulaspossuem o maquinárioenzimáticorequeridoparaa recombinaçãoentreaseqüênciadeDNA in- troduzidaeaseqüênciahomólogaouidênti- ca no genomahospedeiro.Esteprocessoé denominadorecombinaçãohomóloga,fre- qüentementemencionadocomo"genetar- geting".O fenômenodegenetargetingpossi- bilitaatransferênciadealteraçõesgenéticas criadasinvitroemsítiosprecisosnogenoma embrionáriooucelular.Seascélulashospe- deirassãocélulasembrionáriastotipotentes ou pluripotentes(istoé,célulastroncoem- brionárias,célulasgerminativasembrionárias ou célulasgerminativasprimordiais)oucé- lulassomáticasreprogramáveis,entãoestes eventospodemsertransferidosà linhagem germinativadaprogênie.O usodestaestra- tégiapossuiumpotencialextraordináriopara sefazermudançasgenéticasespecíficas,di- rigidasao uso emmedicina,agricultura,e paraoaprofundamentodanossacompreen- sãodo controlegenéticodosprocessosde desenvolvimento. Tabela 14.1. Estratégiasbásicasna praduçãade animastransgênicas. Ganho de função Nova expressão Expressão exacerbada Regulação alterada RNA antisense Mutagênese de inserção Perdadefunção "Knock-outs" Expressãoexacerbada Mutagênesedeinserção RNAantisense Análise de transgenes Logoapósonascimento,progêniesresul- tantesdatransferênciadegenesporqualquer dosmétodosdescritossãoexaminadaspara apresençadoDNA exógenoemseugenoma. EssaanálisedeDNA éusualmentefeitacom areaçãoemcadeiadepolimerase(PCR) ou análisepor Southernblot (Hogan et aI., 1994).Animaisqueincorporamogeneclo- nadoemseupróprioDNA sãotransgênicos epodementãoserusadosparaestudossub- seqüentes. Aplicações Pesquisabiológica,biomédicae genética A produçãodeorganismostransgênicos temsidoumavançotécnicomajoritáriono estudodabiologia.Éummétodoimportante paramudaro formatogenéticodeumani- mal,fornecendoumatecnologiadirigidae rápidaparagerarmutaçõesinduzidase"cru- zamento"entreespécies.Animaistransgêni- costêmsidoessenciaisaofornecimentode 319 novasperspectivasnoestudodosmecanismo deregulaçãogênicaebiologiadedesenvolvi- mento.A tecnologiatransgênicatempromo- vidoavançossignificativoseoferecepossibili- dadefuturasfascinantesemáreasadicionais, como: 1) na açãode genesimplicadosna participaçãodo desenvolvimentodecâncer (oncogenes)evírusoncogênicos;2) nome- canismoderegulaçãoe interaçãocelularno sistemaimunológico;3)comomodelospara doençasgenéticashumanas;4) nomecanis- moecontroledocrescimentoe5)nosmeca- nismosbásicosdebiologiaegenética. Cadacéluladeumindivíduopossuitoda ainformaçãorequeridaparasintetizarproteí- nasquesãocaracterísticasdecadaumede todosos tecidos.No entanto,apenasuma parterestritadainformaçãopresenteéutili- zadapelacélulaparticular.A sobrevivência doanimaldependedaregulaçãodaexpres- sãogênicanostiposcelularesapropriados, bemcomodacoordenaçãoglobaldaexpres- sãonumpadrãoadequadoduranteodesen- volvimentodeumembriãoatéumadulto.A utilidadedecamundongostransgênicosno estudodaregulaçãodaexpressãodegenes, controladapordesenvolvimentoeespecifici- dadetecidual,temsidoelegantementeilus- tradaemestudoscomogene(x-fetoproteína (AFP) (Godboutetal.,1986;Hammeretal., 1987;Krumlaufetal., 1985).Alfa-fetopro- teínaé umaproteínasérica,predominante no fetomurinoemdesenvolvimento,queé ligadaaumaproteínarelacionadaàalbumi- na.Essesdoisgenessãoativadosharmonio- samenteno fígado,intestinose rinsdo feto murinoemdesenvolvimento.O geneAFP é inativadologoapóso nascimento,porémo genedaalbuminacontinuaaserexpressado nofígadodeanimaisadultos.Camundongos transgênicosproduzidospor injeçãopronu- clea;temsidoempregadosparamapearas seqüênciasregulatóriasnogeneAFp,quesão essenciaisparasuaexpressãoadequada.As 320 seqüênciasespecíficasdeDNA deinteresse foramaquelasquerestringemaexpressãode AFP apoucostecidos,e iniciamsuaregres- sãoapósonascimento.Outrasáreasdabio- logiadedesenvolvimentoqueutilizamani- maistransgênicoscompreendemasintera- çõesnúcleo-citoplasmaemcélulas,eo efeito dalocalizaçãodegenesnoscromossomosna suaexpressão. O potencialparadirecionarcaracteresa certostiposcelulares,atravésdousodepro- motoresespecíficoscombinadoscomgenes exógenos,tempromovidotentativasdemudar afunçãofisiológicadeanimaisexperimental- mente(Palmiter& Brinster,1986).A aplica- çãodatecnologiatransgênicatemsidoparti- cularmenteútilparaexaminaraimportância daexpressãodeoncogenesouvírusoncogê- nicosemmodelosanimais(Hanahan,1984; Hanahan,1985;Hanahan,1986;Palmiteret al., 1985;VanDykeetal., 1985;VanDyke etaI.,1987).Algumassituaçõesquepodem serfocadasutilizandoestesmétodossão:o es- pectrode tecidosacessíveisà atividadede transformaçãodo oncogene,a relaçãoentre oncogenesesuahabilidadedecooperarcom oncogenesdiferentesnaformaçãodetumo- res,eo papeldeoncogenesno crescimento e diferenciação.Tumoressãoformadosna maioriadasvezesemqueoncogenessãoin- corporadosemcamundongostransgênicos, usandováriospromotoresligadosaomycou rasoncogene(OrnitzetaI., 1985;Quaifeet al.,1987).No entanto,quandoomesmopro- motorfoiusadocommycouras,algunsteci- dosforamaparentementemaisoumenossus- cetíveisàformaçãodetumoresporumouou- trodosoncogenes.O pâncreasésuscetívelà transformaçãopormycmasnãoporras.Esses resultadossugeremqueeventoscelularesadi- cionaissãorequeridosparaefetuaro desen- volvimentodetumoresmediadosporoncoge- nes(Landetal.,1983).Camundongostrans- gênicosrelevantestambémtêmfornecido modelosvaliososparao estudodapatologia dedoençasinduzidasporvírusoncogênicos, comoa leucemiadecélulasT humana. Camundongostransgênicossãoum ins- trumentoimportantenoestudodosgenesde imunoglobulinas(Altetal., 1985;Brinsteret aI., 1983;Bucchinietal., 1987;Goodhardt etal.,1987;Storb,1987).Essesgenessão responsáveispelaproduçãodeanticorposno sistemaimune.Váriosgrupostêmreportado quegenesdeimunoglobulinasfuncionalmen- terearranjadoseintroduzidosemcamundon- gos,podemserapropriadamenteativados,re- sultandonumaalteraçãodopadrãoinerente deimunoglobulinasdocamundongo.Ainda, umsistemaimunefuncionalenvolveumgru- pocomplexodecomunicaçõescélula-a-célu- Ia.Animaistransgênicosvãopermitiro estu- dodafunçãoimuneemanimaisquesãopré- programadoscomcertosanticorpos.Issopo- deserdegrandevalorno estudodasíndro- me de imunodeficênciaadquirida(AIDS) causadapelovírusdeimunodeficiênciahuma- no (HIV; PezenetaI.,1991). Algumasdoençasgenéticasquetêmsido estudadas,utilizandoanimaistransgênicos, sãohipogonadismooureduçãodaatividade funcionaldosováriosoutestículos,desordens demielinização,comodistrofiamuscular,e miasteniagravis(doençadeLou Gehrig's), e doençasou desordenssanguíneas,como talassemia(CiavattaetaI., 1995;Costantini etaI., 1986;PasztyetaI., 1995;Yangetal., 1995)eanemiasicklecell(Pasztyetal.,1997; RyanetaI., 1997). Camundongos,coelhos,ovinosesuínos transgênicostêmsidousadoscomomodelos paraexaminaro crescimentopós-natalde mamíferos(BremetaI., 1985;Ebertetal.,1988;Ebert et aI., 1990;Hammeret aI., 1985;Murrayetal.,1989;Polgeetal.,1989; Purseletal.,1987;Rexroadetal.,1989;Rex- roadetaI.,1991;Seamark,1987;Viseetal., 1988;Wieghartetal., 1990).Os genesdo hormôniodecrescimentoe fatordecresci- mentoinsulin-liketêmsidoincorporadosem animais.Isto tempossibilitadoo estudoda expressãocrônicadesteshormônios,indepen- dentementedasuaregulaçãonormal(Brem etal., 1985;Ebertetal., 1988;Ebertetal., 1990;Hammeretal., 1985;Murrayetal., 1989;Polgeetal., 1989;PurseletaI.,1987; Purseletal.,1989;Rexroadetal.,1989;Rex- roadetal.,1991;Seamark,1987;Viseetal., 1988;WieghartetaI.,1990).Resultadostêm mostradoque o aumentodo hormôniode crescimentohumano(hGH) induzumaeleva- çãonocrescimentoeeficiênciadeconversão alimentarnasespéciesdomésticas,porém acompanhadadeefeitoscolaterais,taiscomo maiorincidênciadeartriteeespessamentodos ossos(Ebertetal., 1988;EbertetaI.,1990; Papaioannouetal., 1979;Purseletal.,1987; Wieghartetal., 1990).Resultadossimilares têmsido demonstradoscom hormôniode crescimentosuíno,massemefeitosemartrite ou crescimentodo esqueleto. Existemliteralmentemilharesdelinhagens deanimaistransgênicos(primariamenteroe- dores)produzidasparaestudaralgunsaspec- tos específicosda biologia,genéticaou de doenças.Os exemplosdescritosacimasão apenasapontadoiceberg.O usodatecnolo- giatransgênicanapesquisabiológica,médica egenéticaélimitadoapenaspelanossaima- ginação,criatividadee ingenuidade. Aplicaçõesdatransgênesenaproduçãoanimal Existeminúmerospotenciaisdeaplicação dametodologiatransgênicaparadesenvolver linhagensnovasoualteradasdeanimaisdo- mésticosimportantesparaa agropecuária. Aplicaçõespráticasdatransgênesenaprodu- çãoanimalincluemomelhoramentonapro- duçãoecomposiçãodeleite,nataxadecres- cimento,composiçãodecarcaça,resistência a doenças,performancereprodutiva,proli- ficidadee alteraçãodascaracterísticasde 321 célulase tecidosparaapesquisabiomédica (Wheeler& Choi, 1997).A produçãode suínostransgênicoscomhormôniodecresci- mentofuncionacomoumexemploexcelente dovalordestatecnologia(Bremetal.,1985; HammeretaI.,1985).A alteraçãotransgê- nicadacomposiçãodoleitepossuio poten- cialdeaumentaraproduçãodecertaspro- teínase/oufatoresdecrescimentodeficientes noleite(BremeletaI.,1989).O melhora- mentodovalornutricionalouterapêuticado leitepodeproduzirumimpactoprofundona sobrevivênciae crescimentode recémnas- cidos,tantoemhumanosquantoemanimais. Genescodificantesdeproteínasdevalorfar- macêutico,comoo fatordecoagulaçãohu- manoIX, geneticamentedeficienteemhe- mofílicos,podeser incorporadoemvacas transgênicas.Essaproteínapodeserextraí- dadoleite,purificadaefornecidaterapeuti- camentea humanos.O uso de CTE e/ou transferêncianuclearvaifacilitara introdu- çãodessesgenesdemaneiradireta,através darecombinaçãohomóloga.Váriosexemplos sãodescritosa seguir. Modificaçãodo Leite Avançosna tecnologiade DNA recom- binantetêmfornecidoaoportunidadetanto dealteraracomposiçãoquantodeproduzir proteínastotalmentenovasnoleite.Essasal- teraçõespodemmelhorarovalor,assimco- moaumentarospotenciaisdeutilizaçãodo leite.O melhoramentodo crescimentoou dosíndicesdesobrevivênciadeanimaisen- volvidosno setorprodutivo,atravésdamo- dificaçãoda composiçãodo leite,requera produçãode animaistransgênicosque: 1) produzammaiorquantidadedeleite;2)pro- duzamleitecomumvalornutritivomaisalto; ou3)produzamleitequecontenhaumapro- teína"nutricêutica".Osprincipaisnutrientes doleitesãoproteína,gorduraelactose.Atra- vésdaelevaçãodequalquerumdessescom- ponentespode-seproduzirum impactono 322 crescimentoesaúdedaprogênieemdesen- volvimento.Em váriasespéciesprodutivas, comobovinos,ovinosecaprinos,osnutrien- tesdisponíveisparaosprodutosjovenspo- demserfatoresnãolimitantes.No entanto, aproduçãodeleiteemporcaslimitaocresci- mentodosleitões,econseqüentementeapro- duçãodesuínos(HartmannetaI.,1984).Em suínos,44%da taxade crescimentode lei- tõespodemseratribuídosàproduçãoecom- posiçãodoleitedaporca(LewisetaI.,1978). Métodosqueaumentamo crescimentode leitõesduranteaamamentaçãoresultamnum aumentodepesoaodesmame,emumaredu- çãononúmerodediasrequeridoparaalcan- çarpesodemercadoe,portanto,emumare- duçãodaquantidadedealimentorequerida paraosanimaisatingirempesodemercado. A altapercentagemdataxadecrescimen- toatribuídaaoleiteindicaautilidadepoten- cialdestatecnologiaparaodesenvolvimento deleitões.Umaestratégiaparaelevarapro- duçãodeleiteemsuínospodeseracompa- nhadadealteraçõesnoscomponentesdolei- te,comolactose,umosmolarizantemajoritá- riodoleitenascélulasdaglândulamamária. A expressãoexcessivadelactoseno leitede suínosvaiaumentaro consumodecarboi- dratospelosanimaisjovensemdesenvolvi- mento,resultandonomelhoramentodocres- cimentodessessuínos.Um exemplodesta estratégiaédescritoa seguir. Suínostransgênicoscontendoconstru- çõesgênicasprojetadasparamelhoraro leite deporcastêmsidoproduzidos(BlecketaI., 1996).Suínostransgênicosiniciaispossuíam umaconstruçãogênicaparaa produçãoda proteínaa-Iactalbuminanoleite(a-IA). Re- sultadosdeestudospreliminaresdemonstra- ramquearegiãoregulatória5'dea-IA éca- pazdedirigiraltosníveisdeexpressãodea- IA especificamenteno tecidomamáriode camundongostransgênicos(Bleck& Bre- mel,1994).Ainda,essesresultadosindica- ramqueosvetoresconstruídosparaa-LA foramexpressosemníveiselevados.Camun- dongostransgênicos,produzidoscomames- maconstruçãogênica,produzirammaislei- teesuaprogêniecresceu8,7%maisrápido quecamundongosnormais(BostonetaI., 1999).Nessescamundongostransgênicos, a expressãoelevadadogenea-LA bovina coincidiucomumaatividademamáriaau- mentadadesíntesedelactose(Bostonetal., 1995).Suínostransgênicoscontendoogene a-LAbovinapermitiramoestudodahabili- dadedea-LA demelhorara produçãoe composiçãodo leiteemsuínos.Adicional- mente,osefeitosdealteraçõespotenciaisdo leite,nocrescimentoedesenvolvimentode suínosestãosendoanalisados. A construçãogenômicaa-LA utilizada nesseestudocontinha2,0kb deregiões flanqueadoras5',aregiãocodificantede1,7 kbdogenee1,0kbderegiõesflanqueadoras 3' (BlecketaI.,1996;Figura14.13).Duzen- tosembriõespronuclearessuínosforaminje- tadoscomo vetora-LA. Os embriõesma- nipu1adosforamtransferidosa 11recepto- rasoCincodas11receptoras(45,5%)con- duziramgestaçõesa termoe 31 leitões (15,5%dosembriõestransferidos)foram desmamados.Umanimal,dos31(umma- cho),foipositivoparao transgene. Resultadosdoestudodemonstraramque oleiteproduzidoporporcastransgênicasa- LAbovina,continha0,4-0,9gramasdea-LA bovinapor litro(Blecketal., 1998b).A con- centraçãodea-LA bovinafoicorrelacionada diretamentecomaconcentraçãodeproteínas endógenasporcrnasdoleiteduranteos21dias delactação.A adiçãodea-LA bovinaelevou aconcentraçãodea-LA total(bovina+por- cina)doleiteem50%(Figura14.14).A con- centraçãodea-LA bovinafoi maisaltanos diasOe5 delactação,ediminuiudeacordo comoprogressodalactação.A relaçãodea- LA bovinaparasuínamudoudurantea lac- taçãodaporca.Essarelaçãofoide4,3para1 nodiaOdelactação,masaoredordodia20 delactaçãoarelaçãofoide0,43para1.Isto sugeriuqueo transgenebovinoeogenesuí- no endógenoestãosobmecanismosdecon- troleligeiramentediferentes.O nívelmaisalto dea-LA, presentenodiaOdelactaçãofoicor- relacionadocomumapercentagemmaisalta de lactoseno diaO emporcastransgênicas (3,8%)emcomparaçãoaosanimaiscontrole (2,6%).Emboraa percentagemde lactose tambémfossemaiselevadanasporcastrans- gênicasnosdias5e10delactação,diferenças significativasnãoforamobservadas.Essesda- dossugeremqueaproduçãodea-LA élimita- daaoiníciodalactaçãoemsuínos.Ainda,con- centraçõesmaiselevadasdea-LA no início dalactaçãopodemdesencadearmaiorsecre- çãodeleite(Figura14.15). A taxadecrescimentodeleitõesamamen- tadospor porcastransgênicasfoi compara- 3'Região Flaogueadora(~29bp) 5'RegiãoFlanqueadora(2,0kb) Exon1 (160bp) Exon2 Exon3 (159bp) (76bp) Exon4 (329bp) Figura14.13.Estruturadaconstruçãogênicaa-tAbovinamicroinietada.Aregiãoflanqueadora5'édeaproximada-mente2.0kb,a regiãocodificantelexonse intronsléde2.0kb,ea regiãoflanqueadora3'éde329 paresdebasesIBlecketai, 1998b). 323 1 2345678 a-lactalbumina Suína a-lactalbumina Bovina Figura 14.14.Separaçãodea-Iactalbuminabovinae porcina,usandouréianãoredutora,PAGE.Colunas1e 8: leite de vaca.Colunas3 a 6: Leitede porcacontrole,dia 20 de lactação.Colunas2 , 4, 5 e 7: leitede porcatransgênica,dia20 delactação.Colunas2 e 5 mostrama migração"normal"da a-Iactalbumina bovina.Colunas4 e 7 mostramo mobilidadereduzidaalteradoda proteína(Blecketai., 1998b). 800 ]' b:õ700 ~-- !\S .S 600~ O j:Q !\S '§ 500 ;::I ~400 ......u !\S- I d 300 . O T. ... . T. .L 10 I 155 DiadeLactação Figura14.15.Produçãodea~actalbuminabovinanoleite deporcastransgênicasduranteumalacro. çãode 20 dias(primeiroparto).Amostras deleiteforamcoletadasnosdias0,5. 10, 15 e 20 de lactação.Os resultadossão umamédiadetrêsporcastransgênicos.As barrosde erromostrama médiode erro padrãoIBlecketai., 1998b). da.comaqueladefilhotesamamentadospor porcascontrole.Ao desmame(dia21), lei- tõesamamentadospelastrêsporcastransgê- 324 20 nicaspesaramaproximadamente500ga maisqueanimaisamamentadosporseispor- cascontrole(4,32kgvs.3,83kg)(Bleck,GT, Donovan,SM, Seigel,M, Wheeler,MB, dadosnãopublicados). Umsegundomecanismopeloqualaal- teraçãonacomposiçãodoleitepodeafetar o crescimentoanimal,éa adiçãoousuple- mentaçãodehormôniosbenéficos,fatoresde crescimentooufatoresbioativosaoleiteatra- vésdousodeanimaistransgênicos.Temsido sugeridoquesubstânciasbioativas(lGF-I, EGF,TGF-aelactoferrina)noleitepossuem funçõesimportantesnoneonato.Essaspro- teínasinfluenciamo crescimento,desenvol- vimentoematuraçãodointestino,osistema imuneeosórgãoendócrinos(Grosvenoret aI.,1993).Aexpressãoexcessivadessaspro- teínasno leiteatravésdo usodeanimais transgênicospodemelhoraro crescimento, saúdeesobrevivênciadaprogênieemdesen- volvimento. Emtrabalhoanterior,foidemonstradoque suínosjovenscriadosartificialmente,alimen- tadoscomfórmulassuplementadascom500 . a 1000Ilg/l deIGF-I (insulin-likegrowth factar)humanorecombinante,duranteospri- meiros14diaspós-parto,possuíramvilosida- desintestinaismaislongasemaioratividade delactasequesuínosalimentadosexclusiva- mentecomafórmula.Baseadosnessesresul- tados,nossoobjetivofoiproduzircamundon- gosesuínostransgênicosIGF-I, paraexami- narosefeitosdeníveiselevadosdeIGF-I na glândulamamáriaenoleite.O IGF- I devein- fluenciarocrescimentoneonatal,saúdeintes- tinal,sobrevivênciadecrias,crescimentoma- máriodeporcasesíntesedeleite.O vetorgê- nicoécompostodogenea-Iactalbuminabo- vinaea seqüênciagênicacodificantedos70 aminoácidosdopeptídeoIGF-I humanoma- duro.IGF- I humanoéidênticoaospeptídeos suínosebovinos.A seqüênciadogeneIGF- I foi inseridadiretamenteatrásdaseqüência codificantedopeptídeosinaldea-Iactalbumi- na,noexon1dogene,parapermitirsecreção de IGF-I no leite.Atéo presentemomento, trêslinhagensdecamundongostransgênicos equatrosuínosmachosfundadorestransgê- nicosforamgeradosusandoestaconstrução gênica.Setentaeumleitõesvivosnascerama partirdereceptorascarregandoembriõesinje- tados.Quatrodessesanimaisforamtransgê- nicos,resultandonumaeficiênciadetransfe- rênciadegenesde5,6%. Outraspropriedadesdo leitequemere- cem consideraçãopara modificaçãosão aquelasqueafetamasaúdehumanaeanimal. Temsidodemonstradoqueanticorposespe- cíficospré-formadospodemserproduzidos emanimaistransgênicos(Storb,1987).De- veserpossíveldeseproduziranticorposna glândulamamáriacapazesdeprevenirmastite embovinos,suínosecaprinoseMMA (masti- te-metrite-agalaxia)em suínose/ou anti- corposqueauxiliemnaprevençãodedoen- çasnosanimaisdomésticosouemhumanos (Pursel&Rexroad,1993).Outroexemploé aumentaras proteínasque desempenham papéisfisiológicosdentrodaprópriaglândula mamária,comoalisozima(Magaetal.,1995) ououtrospeptídeoscompropriedadesanti- microbianas. É importanteseconsiderarousodetrans- gênicosparaaumentarcomponentesespecí- ficosquejá estãopresentesnoleiteparapro- pósitosdemanufatura.Umexemplopodeser oaumentodeumdoscomponentesdecaseí- nado leite.Issopodeelevaro valordo leite nosprocessosdemanufaturação,taiscomo naproduçãodequeijoouiogurte.Asproprie- dadesfísicasdeumaproteínatambémpodem seralteradas,talcomoelevaraglicosilaçãoda ~-caseína(ChoietaI.,1996).Alteraçõesnas propriedadesfísicaspodemgerarprodutos lácteoscom melhorescaracterísticas,como queijodebaixoteordegorduracommelhor sabor(BlecketaI., 1995). Atravésdousodatransgêneseetecnolo- giade DNA recombinante,épossíveldese adicionarvirtualmentequalquerproteínaao leite,apartirdequalquerespécieanimal,ve- getaloubacteriana(Bremeletal.,1989).Por exemplo,é possívelse expressarproteínas adicionaisdoleiteeoutrasproteínasfarma- cêuticasdevalorno leitedecamundongos, coelhos,suínos,caprinoseovinos(Buehler et aI., 1990;EbertetaI., 1991;Simonset aI.,1987;WalletaI., 1991;Wurst& Joyner, 1993).As vantagensdasíntesemamáriade proteínasincluemahabilidadedascélulasse- cretorasmamáriasde modificarproteínas adequadamente,demaneiraqueessassejam biologicamenteativaseentãosecretadasno leiteemgrandesquantidades.Issotemresul- tadono desenvolvimentodeum novoseg- mentodaindústriafarmacêutica,quetemsi- do denominadode"biapharming,ouseja,a produçãodeanimaisbioreatores.Exemplos degenesintroduzidosemanimaistransgêni- cosqueresultaramnaproduçãodeváriosti- posdiferentesdeproteínasnoleitesãocita- dosnatabela14.2. 325 Tabelo14.2. Expressãode proteínastransgênicosno glândulamamóriadeespéciesdomésticos. Modificaçãodo crescimentoe composição decarcaça A produçãodeanimaisdomésticostrans- gênicostemsidoum instrumentoessencial nofornecimentodenovasperspectivaspara acompreensãodaaçãodegenesenvolvidos nocontroledocrescimento(Bremetal.,1985; Hammeret aI., 1985;PurseletaI., 1989; Seamark,1987;ViseetaI., 1988;Wieghart etaI.,1990).Camundongos,ovinosesuínos transgênicostêmsidousadosparaexaminar o crescimentopós-nataldemamíferos.Ge- nesdohormôniodecrescimentoe fatorde crescimentosemelhanteàinsulina(IGF) têm sidoincorporadoseexpressosemníveisva- riadosemanimaistransgênicos(Seamark, 1987).Essetipodetrabalhopermitiuoestu- dodaexpressãocrônicadesseshormôniosno crescimentodemamíferos(Seamark,1987). Resultadosdesseestudomostraramqueum aumentono hormôniodecrescimentohu- manoinduza um aumentono crescimento eeficiênciadeconversãoalimentaremsuí- - nos:porémacompanhadosdeefeitoscolate- raiscomoumaumentonaincidênciadear- trite e espessamentoósseo(Purselet aI., 326 1990).Aumentossimilaresnocrescimentofo- ramdemonstradoscomogenedohormônio de crescimentosuíno (pGH), massemau- mentonaocorrênciadeartriteecrescimento anormaldoesqueleto(Viseetal.,1988).Um enfoquealternativofoi conduzidoatravésda introduçãodo oncogeneaviário"ski",que tinhasidopreviamentedemonstradocapazde causarhipertrofiadeváriosmúsculos,aomes- motemporeduzindoagorduracorporal(Su- traveetal.,1990).Estaestratégia,noentanto, tevesucessolimitado,apesardealgumahiper- trofiamusculartersidoobservadaemalguns suínostransgênicos(Purseletal.,1992)ebo- vinostransgênicos(Bowenetal., 1994). O geneRN(RendementNapole)ougene Carne-Ácidatemsidoimplicadonaprodução reduzidade carneparaprocessamentoem váriaslinhagensdesuínosHampshire,puros ecruzados.O baixopH post-mortemdacar- caçaresultaemdiferençasna qualidadede carnesuína,quepodemserdistinguidaspor váriaspropriedades,taiscomocapacidadede reterágua,cor,marmorização,firmeza,força dedisrupçãoeproduçãodisponívelparapro- cessamento.O "knock-out",oudisrupçãodo ProteínaExpresso Espécie Promotor Referência aoctolbumino Suínos aoctolbuminobovino Blecket01.,1998b FatorcoogulonteIX Ovinos l3-Ioctoglobulinoovino Simonset01.,1988 a-I onli-tripsino Ovinos l3-Ioctoglobulinoovino Wrightetol.,1991 Ativodorplosminogênicoteciduol Coprinosecoelhos Proteínaácidodosorodoleite Ebertetol.,1991; asl-<oseínobovino Riegoet01.,1993IGF-I Coelhos asl-<oseínobovino Bremet01.,1994 Loctoferrino Bovinos ashoseínobovino Krimpenfortet01.,1991 FatorcoogulonteVII Ovinos l3-Ioctoglobulinoovino Holteretol.,1993 ProteínaC Suínos Proteínaácidodosorodoleite Velonderel01.,1992 Proteínaácidodosorodoleite Suínose ovinos Proteínaácidodosorodoleite Shomoyetol.,1991; Wolletol.,1991;Wolletol.,1996 Interleucinohumono-2 Coelhos Ikoseínodecoelhos Buehleret01.,1990 geneRN (umavezidentificadoeseqüencia- do), podefornecerum métodoalternativo paraalteraro potencialglicolítico,pH post- morteme portantoa qualidadede carne nessaespécie. Outrosloci específicosquepodemafetar ospadrõesdecrescimentosão:o receptorde rianodina(previamenteo locusdo genede sensibilidadeao halotano,Hal; Fujii et aI., 1991),o myo-D (Harvey,1991;Sorrentino et aI., 1990),o callipyge(Snowderet aI., 1994)eodamiostatina(fatordecrescimen- to/diferenciação-8,GDF-8;McPherronetal., 1997).Deacordocomdescriçãorecenteno camundongo(McPherronetal.,1997),oge- nedamiostatinaéumlocuscomumpotencial excepcionalmenteintrigantepara"knock-out" usandocélulastroncoembrionáriasemespé- ciesprodutorasdecarne.A perdadaproteína miostatinaresultanum aumentoda massa muscularesquelética.Camundongossemesse genetêmombrosequadrismaislargos.O au- mentodamassamuscularesquelética,apa- rentementenormal,é distribuídopor todaa carcaça.Gruposmuscularesindividuaisde knock-outshomozigotospossuempeso2-3 vezesmaiorqueodeanimaiscontrole.O con- teúdodegordurafoi comparávelnosgenóti- posmutantese normais(McPherronetal., 1997).Ospesquisadoresconcluíramqueuma grandepartedoaumentonamassamuscular esquelética,ocorreudevidoaumahiperplasia dascélulasmusculares.Certamenteexistem váriosgenespotenciaisrelacionadosaocres- cimento,incluindofatoresdecrescimento,re- ceptoresoumoduladores,queaindanãofo- ramusados,maspossuemimportânciaprática na produçãode animaistransgênicoscom índiceselevadosdecrescimentoe/ouconver- sãoalimentar. Modificaçãoda resistênciaa doenças Um aspectomuitointeressantedousode transgênicosna agropecuáriaé o potencial deaumentara resistênciaadoençasatravés daintroduçãodegenesespecíficosemanimais. A identificaçãodegenesúnicosnocomple- xoprincipaldehistocompatibilidade(MHC), queinfluenciaarespostaimune,foiessencial ao reconhecimentodabasegenéticadere- sistência/suscetibilidadea doenças(Bena- cerraf& McDevitt,1972).Apenasrecente- mente,elucidou-sequeexistemmuitosas- pectosda resistênciaou susceptibilidadea doençasemespéciesdomésticasquesãode- terminadosgeneticamente(Lewin, 1989). CTE e/ou transferêncianuclearserãomuito úteisparaamanipulaçãodegenesougrandes gruposdegenesdoMHC. O usodeCTE ou transferêncianuclearvaipermitiraintegração defragmentosmuitosmaiores(>100kb)de DNA doquetemsidopossívelatéomomen- tocomainjeçãopronuclear.Grandesvetores de cromossomosartificiais de leveduras (YAC)contendogenesextremamentelongos (>400kb) temsidotransfectadosemCTE, produzindotransgênicosmodificadosemsua linhagemgerminativa(Choi et aI., 1993; LambetaI.,1993).A manipulaçãodoMHC emanimaisdeprodução,atravésdeCTE ou transferêncianucleare transgênese,pode produzirum efeitobenéficomajoritáriona resistênciaadoençasparaprodutores. Umexemploespecíficoondeatransgênese temsidoaplicadanaresistênciadedoenças emanimaisprodutivoséaproduçãodesuí- nos quesãoresistentesà influenza.linha- gensdefibroblastosdecamundongoseca- mundongosquecontêmaproteínaMx+ são resistentesàinfecçãocomovírusdainfluen- za (HalleretaI.,1981;StaehelietaI.,1986). O cDNA de Mx temsido introduzidoem zigotosporcinosproduzindosuínosquesão resistentesà influenza(BrenigetaI.,1990). Essamanipulaçãoé um exemploexcelente decomoatransgênesepodeserusadapara aumentararesistênciaadoençasemanimais domésticos.A aplicaçãoda tecnologiade 327 CTE outransferêncianuclearvaiproporcio- narumaumentodealelosbenéficos,ejoua remoção(viaknock-out)dealelosindesejá- veis,associadoscomresistênciaoususcetibi- lidadea doenças.Um exemploé o knock- outdoreceptorparao antígenoK88.A au- sênciadesseantígenoconferiuresistência tantoa infecçõesinduzidasexperimental- mentequantonaturalmentecomE. coliK88 positiva(Edfors-Liliaetal.,1986).Áreaspo- tenciaisparainvestigaçãoincluemresistência a: 1)organismosparasitascomotripanosso- masenematódeos;2) organismosbacteria- nosouvirais,comoovírusdeleucemiabovi- na,vírusdepseudo-raiva,vírusdefebreafto- sa,Clostridiumsp e Streprococcussp;e 3) doençasgenéticas,taiscomoDUMPS (defi- ciênciade UMP sintetase),"mule[oot" e BLAD (deficiênciadeadesãodeleucócitos bovina).Essaéapenasumalistaparcialde muitosorganismosoudoençasgenéticasque reduzema eficiênciadeproduçãoepodem seralvosparamanipulaçãoviaCTE outrans- ferêncianuclear. Modificação da performancereprodutivae proliflcidade Vários genespotenciaisforamrecente- menteidentificados,quepodemafetarpro- fundamenteaperformancereprodutivaepro- lificidade.Essesincluemosgenesdoreceptor deestrógeno(ESR) efecundidadeBooroola (FECB).Rothschildetalo(1994)reportaram umaassociaçãodeumpolimorfismonogene receptorde estrógeno(ESR) comtamanho deleitegadasemsuínos.Elesobservaramuma diferençade 1,4suínosnascidosa maispor leitegadaentreosdoisgenótiposhomozigo- tos.A introduçãodeum geneESR mutado oupolimórficopodeaumentaro tamanhode leitegadasemdiversasraçasde suínos.Um. . geneautossômicoúnicoparafecundidade,o geneBooroolaFECB,queprovocaíndicesele- vadosdeovulação,foiidentificadoemapeado 328 emovelhasMerino (PiperetaI., 1985).Ca- dacópiadogeneécapazdeaumentaro ín- dicedeovulaçãoemaproximadamente1,5 oócitos,apesardo aumentono númerode produtosnascidosnão sercompletamente aditivo.A produçãodeovinostransgênicos contendooaleloBooroola(FECB)apropria- dopodeelevara fecundidadeemumnúme- ro dediversasraças. Modificação de característicasde célulase tecidos Uma aplicaçãoúnicadastecnologiasde CTE outransferênciadenúcleoséaprodu- çãodecélulas,tecidosouórgãosquecontêm antígenoshumanosouproteínasparaxeno- transplanteseoutrosusosbiomédicos.Exem- plosusandosuínosincluemodesenvolvimen- to decélulas~pancreáticasparaterapiade insulina,célulasdopaminérgicasparaterapia deParkinson,hemoglobinahumanaeproteí- na C parasangueartificial(Swansonetal., 1992;Velanderetal.,1992),hepatócitospara fígadosartificiais,célulastroncohematopoiéti- casparaleucemiaouanemia,ecorações,pul- mões,rins,fígadosecórneasparatransplantes deórgãos(Lin& Platt,1996).Adicionalmen- te,linhagenscelularesespecíficasderivadasde animaistransgênicosproduzidosviaCTE, po- demserúteisparaoutrasaplicaçõesbiomé- dicasou demanufaturação. Fatores que Afetam a Eficiência de Produção de Animais Transgênicos A habilidadedeproduziranimaistransgê- nicoséumaferramentamuitopoderosa,no entanto,influenciadaporalgunsfatoresmui- to importantes.Asseçõesseguintesvãodes- tacaralgumasdestasquestões.Algunsfatores reconhecidosinicialmenteforama concen- traçãodeDNA injetado,formadeDNA inje- tado(linearversusenovelado)elinhagemde camundongos(Brinsteretal.,1985).Consi- deraçõesadicionaisqueinfluenciamaeficiên- ciadatransferênciadegenesaembriõessão o tamanhodo DNA, extremidades"cegas" versusaderentesdoDNA, sítiodeinjeção(ci- toplasma,pronúcleo,umacélulaversusduas células),soluçãotampãonaqualo DNA está em suspensão(incluindo contaminantes comoEDTA, MgCI2,fenol!clorofórmio)ea espécieanimal(murina,suína,ovinaoubo- vina).QuandoretroYÍrusoueletroporaçãosão utilizadosparatransferirgenes,ovetorretro- viral,intensidadedecorrenteefreqüênciade pulsosãofatoresimportantes. A eficiênciadeproduçãodeanimaistrans- gênicosébaixacomtodososmétodosatual- menteemuso (microinjeção1-20%emca- mundongos,menorem espéciesdomésti- cas).No entanto,algunsavançostêmsido descritosnumaescalalimitada,epodemcon- ferirumaumentonaeficiênciadeprodução (Chanetal., 1998).A microinjeção,queéo métodomaisusadoparaproduziranimais transgênicosnasespéciesdomésticas,possui algunsproblemasrelacionadosaoszigotos deespéciesprodutivas.Primeiro,ocitoplas- made suínos,ovinos,caprinose bovinosé muitoopaco,portantoédifícilvisualizaros pronúcleos.Em suínosebovinos,umasolu- çãoécentrifugaroszigotosde 1e2 células por 15.000X g por3-10minutos,queper- miteavisualizaçãodasestruturasnucleares (WalletaI.,1985).Essetratamentonãopre- judicaodesenvolvimentoinvivodeembriões suínosoubovinos.A eficiênciadaprodução detransgênicosaumentadeacordocomaex- periênciaem microinjeção,apesarda mi- croinjeçãoaindareduzirenormementeaso- brevivênciaembrionária.Rexroad& Wall (1987)demonstraramqueessareduçãona sobrevivênciaembrionáriaémaioremovinos queem suínos.Na maioriados estudos,a percentagemdeembriõesmicroinjetadosque produziramprogêniesvivasé demenosde 20% (Rexroad& Pursel,1988). Existetambémumasériede fatoresre- lacionadosdiretamenteaoDNA easuainte- graçãoaogenomadoembriãoqueafetama expressãodotransgene.Elementosregulató- rios e/ou potencializadorese promotores, fatoresativadoreseis (BrinsteretaI., 1981) e trans (GordonetaI., 1987),e o sítiode integraçãonogenomaafetamprofundamen- te a expressãodo transgene(Chadaet aI., 1985;TownesetaI., 1985).Issotambémé dependentedaforçadoselementospromoto- res/potencializadoresnaconstruçãotransgê- nica.Aparentemente,algunssítiosnãosão permissivosparaa expressãodotransgene, independentementedoselementospromoto- res/potencializadorespresentesno vetor (CostantinietaI.,1984).Algunssítiosdein- tegração,noentanto,sãomuitopermissivos paraexpressão.Essessítiossãochamados "pontosquentes"detranscrição.Fatoresadi- cionaisafetandoa expressãosãoo número decópiasdo transgene,metilaçãodeDNA ealteraçãodeseqüênciasdeDNA. Números decópiasmuitoaltospodemcausarexpres- sãoexageradadosprodutos,aomesmotem- poqueasituaçãoinversaocorrecompoucas cópias.Quandocópiasmúltiplasseintegram, elassãoencontradasquasesempreligadas emarranjoscabeça-a-caudanosítiodeinte- gração(BrinsteretaI.,1981).Tantoameti- laçãodeDNA, quantoalteraçõesnaseqüên- ciadeDNA, agemparareduziraexpressão do transgene. Algunsfatoresquepodemsermanipula- dosparaaumentaraeficiênciadaexpressão estãodiretamenterelacionadosàconstrução transgênica.A adiçãodeintronsaovetorau- mentaa eficiênciadetranscrição.A adição deregiõesdeligaçãoàmatriz(MAR;McKni- ghtetaI.,1992)tambémajudaaminimizar níveisdeexpressãotransgênicosdependen- tesdeposição.O usodeconstruçõesquesão similaresao máximo,com suasseqüências complementaresendógenas,aumentaa ex- pressãodo transgene(Rexroad& Pursel, 1988).Construçõestransgênicascontendoa 329 seqüênciagenômicacomoselementospro- motores/potencializadores,introns,seqüên- ciadacaudapoliA eMAR apropriadossão expressosmaiseficientementequemini-ge- nes (cDNAs comum intron),quepor sua vezsãoexpressosmaiseficientementeque seqüênciasdecDNA exclusivas. Problemas Comosepodeimaginar,problemasocor- remfreqüentemente.Essesproblemaspodem ser:1) expressãodesreguladadegenes,re- sultandonaproduçãoexcessivaoureduzida dosprodutosgênicos;2) númeromuitoalto decópiasresultandoemexpressãoexcessiva dosprodutos;3) efeitoscolateraispossíveis, taiscomoartrite,crescimentoesquelético anormal,cardiomegalia,dermatite,úlceras gástricase patologiarenal,encontradasem suínostransgênicosparahormôniodecres- cimentohumano;4) mutaçõesde inserção, queresultamnaalteraçãodeprocessosbio- lógicosessenciais;5)mosaicismonosanimais fundadores,queresultana transmissãodo transgeneparaapenasalgunsanimaisdapro- gênie;e6) integraçãodotransgenenumcro- mossomosexual,queresultaemapenasum sexocarregandoo transgene.Muitos,senão todosessesproblemas,estãorelacionadosao transgeneporsi,sítiodeintegração,número decópiaseexpressãodotransgene. Perspectivas e Conclusões Os objetivosgeraisdeproduçãodeani- maistransgênicossão1)aumentaroconhe- cimentodabiologiaeciênciabiomédicae2) aumentara habilidadedeproduzireficien- tementeleite,carnee fibras.Paraalcançar essasmelhoriascomsucesso,serátestadaa habilidadedequantificarcaracteresdesejá- veis,queidentificamgenesresponsáveispor essescaracteres,eintroduziressesgenesem animaisdelaboratório,assimcomoemani- matsdeprodução.Devemosselecionare/ou reprogramarpopulaçõesdeindivíduossupe- rioresquepodemserpropagadas.A incor- 330 poraçãodastecnologiasdeCTE, transferên- ciadenúcleos,eDNA recombinantenestas estratégiascontinuaaserumaspectoimpor- tanteparaavançosfuturos.No entanto,nós devemoslembrarquea capacidadedepro- duçãodeanimaisgeneticamenteseleciona- dose/ou produzidospor engenhariagené- ticasó podeseralcançadaquandoseupo- tencialgenéticoé maximizado,atravésde condiçõesdemanejoeambiente. A utilidadeprincipaleovalordatecnologia transgênicaserãolimitadospelahabilidadede: 1)identificargeneseseqüênciasregulatórias apropriadasparaaproduçãodecaracteresque desejamosestudar,melhorarouincluirnode- senvolvimentodeanimaistransgênicos.e2) incorporaressesgenesdesejáveisemanimais domésticos,demaneiraqueelessejamexpres- sose reguladosdeformaadequada. O estabelecimentodemétodosdeCTE, CGE e transferêncianuclearem espécies produtivasseráútilparaaproduçãodeani- maistransgênicos,assimcomoparaestudos dediferenciaçãocelular,desenvolvimentoe regulaçãogênicaemanimaisdeprodução. O usodatransferênciadegenesmediadapor CTE/CGE aindanãofoiempregadoemes- péciesdomésticas,principalmentedevidoà ausênciadelinhagenscelularesestáveisees- tabelecidasdeCTE/CGE. Existemduasbar- reirasaseremsuperadasparaproduzirani- maistransgênicoscomessatecnologia:1)o estabelecimentode linhagenscelularesde CTE/CGE nãodiferenciadase2) atransfor- maçãoeficientedeCTE/CGE comgene(s) exógeno(s).Um grandeprogressotemsido alcançadono sentidodesuperaraprimeira destasbarreiras(Gerfen& Wheeler,1995;Pie- drahitaetaI.,1998;RundetaI.,1996;Shim etaI., 1997;WheeleretaI., 1995),queé o isolamentodeCTE ouCGE porcinasnãodi- ferenciadas.No entanto,aindarestauma quantidadesignificativadetrabalhoparaque a produçãorotineirade animaistransgêni- cos,apartirdeCTE ou CGE, sejaestabele- cidanasespéciesprodutivas. Agradecimentos OsautoresgostariamdeagradeceraoPau- 10BayardDiasGonçalvespelosvaliososco- mentárioscomrespeitoà preparaçãodeste manuscrito.Osautorestambémgostariamde agradeceraseuscolegasquetêmcontribuído nostrabalhosdescritos:GregoryT.Bleck,Lau- rieRund,BrettR.White,MelissaIzard-Hent- ges,LindaGrum,JoEllaBarnes,RayW.Ger- fen,MichaelEllis,DianaBidner,ScottHughes, Bill FishereAnaPaulaAlvesVieira. ReferênciasBibliográficas ALT,F.W,BLACKWELL, T.K.,YANCOPOULOS, G.D.Immunoglobulingenesintransgenicmice. TIG, v.l, p.231-236,1985. BACHILLER, D., SCHELLANDER, K, PELI, K, etaloLiposome-mediatedDNAuptakebysperm cells.MoIReprodDev,v.30,p.194-200,1991. BALDARELLI,RM., LENGYEL, JA Transientex- pressionofDNAafterballisticintroductioninto Drosophilaembryos.NucleieAeidsRes,v.18, p.5903-5904,1990. BENACERRAF, B.,McDEVITT,H.O.Histocom- patibilitylinkedimmuneresponsegenes.A new classof genesthatcontraislhe formationof speciesimmuneresponsehasbeenidentified. Seienee,v.175,p.273-279,1972. 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