Día 1 · Bloque C · 40 min

Recursos del modelo murino

MGI, IMPC, ortología humano-ratón
Miércoles 3 de junio

Ing. Luis Alberto Meza Cova
LABBIC · INER

⏱ 0.5 min — Anuncio del bloque. Encuadre: “Toda la mañana vimos bases de datos del HUMANO: UCSC, Ensembl, DECIPHER, ClinVar. Ahora cruzamos la frontera de especie.”

Escenario clínico de apertura

Paciente pediátrico con paladar hendido aislado.
La secuenciación revela una variante de pérdida de función en TGFB3.

Antes de diseñar un modelo murino, tres preguntas:

1. ¿Existe un ortólogo de TGFB3 en ratón?
2. ¿Ya existe un knockout fenotipado de ese gen?
3. ¿El fenotipo murino se parece al fenotipo humano?

⏱ 2 min — Abrir con el caso clínico sin dar la respuesta. La tensión de las tres preguntas sin responder instala la motivación. TGFB3 será el hilo conductor de todo el bloque: las demos de MGI e IMPC usan este gen, y el cierre responde explícitamente estas tres preguntas. No explicar el mecanismo ahora.

¿Por qué el ratón? — desde los datos

• Mamífero con fisiología comparable: desarrollo, sistemas de órganos, genoma
• ~99 % de genes codificantes humanos tienen ortólogo en ratón
• Herramientas de edición genética consolidadas: knock-out, knock-in, CRISPR
• Décadas de modelos fenotipados disponibles en bases públicas

⏱ 2 min — Reencuadre de biología a DATOS. Pregunta abierta: “¿cuántos knockouts creen que ya están fenotipados?” (miles, vía IMPC). Conectar con el caso integrador del paciente con deleción 7q11.23 que vieron esta mañana.

Modelos murinos modificados

Tres estrategias de modificación — las vieron con la Dra. Sandra (lun–mar):

Modelo	Modificación	Pregunta típica
Knock-out	Gen inactivado	¿Qué pasa al eliminar la función?
Knock-in	Alelo específico introducido	¿Cómo se comporta esta variante?
Condicional	KO restringido a tejido/etapa	¿Dónde y cuándo importa el gen?

⏱ 1.5 min — Conectar con lo que ya vieron con la Dra. Sandra. Hoy no se profundiza en cómo se generan estos modelos — el enfoque es en qué modelos YA existen y cómo encontrarlos en las bases de datos públicas.

Homología, ortología y paralogía

Homología: dos genes que comparten un ancestro común — por especiación o por duplicación.

Ortólogo
Genes homólogos separados por especiación.
Tienden a conservar función → base para traducir de humano a ratón.

Parálogo
Genes homólogos separados por duplicación en el mismo genoma. Pueden divergir en función.

Ejemplo clásico: la familia de la hemoglobina (Fitch 1970; Koonin 2005).

⏱ 1.5 min — Definir operativamente con la figura: ortólogo ≠ parálogo. La imagen muestra la familia de la hemoglobina (Fitch 1970): un gen ancestral se DUPLICÓ en α-cadena y β-cadena (parálogos), y cada cadena se ESPECIÓ en sapo, gallina y ratón (ortólogos dentro de cada lado). Recorrer la figura en este orden: 1) gen ancestral → 2) duplicación → 3) especiación. Énfasis: los humanos también tenemos α y β globinas, son los parálogos cuya función diverge sutilmente.

Relación de ortología y sintenia

Relación de ortología
1:1 (ideal) · 1:muchos · muchos:muchos

Condiciona la interpretación: 1:1 es la traducción más directa de humano a ratón.

Sintenia
Conservación del orden génico entre bloques cromosómicos de dos especies.
Respalda que el modelo murino sea informativo.

⏱ 1.5 min — Las relaciones 1:muchos complican la traducción. TGFB3 → Tgfb3: relación 1:1, ortología clara. ELN → Eln: también 1:1. La sintenia respalda que el modelo sea informativo. Ejemplo rápido en pizarra si el grupo lo necesita.

La pregunta clave

No solo si hay datos del ratón.

También dónde buscarlos y cómo leerlos.

⏱ 0.5 min — Respiro y transición. Medir el terreno: “¿alguien ha usado MGI o IMPC antes?”. Ajustar la profundidad de las demos según las respuestas.

MGI — Mouse Genome Informatics

Recurso de referencia del genoma del ratón — Jackson Laboratory¹.
Ortología, alelos, fenotipos (MP Ontology), expresión (GXD) y bibliografía curada.

Úsalo para…	En nuestro caso
Confirmar ortólogo y tipo de relación	TGFB3 → Tgfb3 · relación 1:1
Ver qué alelos y modelos ya existen	KO homocigoto, alelos reportados
Conectar gen humano con clínica	Paladar hendido

⏱ 2 min — Presentación rápida de MGI. El énfasis está en la tabla de uso y el HMDC. La demo muestra en vivo cómo funciona — no es necesario extenderse aquí.

Demo en vivo · MGI — gen TGFB3

Qué hago

1. Busco TGFB3 (el gen del caso de apertura)
2. Abro su página → sección Orthology
3. Confirmo ortólogo murino Tgfb3 (1:1)
4. Reviso alelos y fenotipos — ¿paladar hendido?
5. Salto a Human–Mouse Disease Connection

Qué observar

• Ortólogo Tgfb3 y coordenadas en GRCm39
• KO homocigoto: paladar hendido secundario
• Alelos disponibles y cepa de fondo
• Cada fenotipo enlaza a su referencia publicada

⏱ 5 min — DEMO EN VIVO con TGFB3. Este gen es el hilo conductor del bloque. Al buscarlo en MGI respondemos directamente la pregunta 1 (sí hay ortólogo 1:1) y la pregunta 2 (sí hay KO fenotipado con paladar hendido). También aparece el transgénico K14-Smad2, que es el modelo condicional de rescate — conecta con la tabla de modelos murinos modificados.

Del gen a la proteína · el sitio de furina

En MGI vimos la conexión con paladar hendido. ¿Qué le hace a la proteína la mutación humana?

• El precursor se corta en el motivo R-K-K-R (297–300) por la furina
• R300 (P1) es el residuo del corte → libera el TGF-β3 maduro activo
• La variante R300W destruye el sitio → menos TGF-β3 maduro
• Pérdida de función → paladar hendido

⏱ 2 min — Zoom molecular OPCIONAL (saltar si el tiempo aprieta). Responde la pregunta implícita del escenario de apertura: “¿qué significa ‘variante de pérdida de función’?”. La furina corta el precursor en el motivo RKKR; R300 es la arginina P1 del corte. Si muta (R300W/G/Q) el sitio se rompe → no madura → menos TGF-β3 activo (Dubois 1995, J Biol Chem). Cierra el puente humano↔︎ratón: el KO de ratón es pérdida TOTAL; en humano la mutación puntual reduce la maduración.

IMPC — fenotipos de knockouts a escala

International Mouse Phenotyping Consortium².

A diferencia de MGI, produce datos experimentales propios:

• Genera líneas knockout de manera sistemática, gen por gen
• Las somete a un protocolo fenotípico estandarizado (pipeline IMPReSS)
• Cubre sistemas múltiples: esquelético, cardiovascular, metabólico, neurológico, comportamiento
• Catálogo gen-por-gen con fenotipos y significancia estadística
• Cobertura uniforme de todos los genes, independiente del volumen de publicaciones previas

⏱ 3 min — Diferencia clave con MGI: producción EXPERIMENTAL y SISTEMÁTICA. El gancho de las 3R: el dato existe sin que yo haya levantado un dedo en el lab.

IMPC · cómo se consulta

1. https://www.mousephenotype.org
2. Buscar el gen por símbolo
3. La página muestra:
   • Estado en el programa
   • Fenotipos detectados (términos MP y significancia)
   • Datos cuantitativos por prueba
   • Cómo solicitar el modelo físicamente

Nota

INFRAFRONTIER (Europa) y KOMP (América del Norte) son biobancos que criopreservan las líneas murinas y las envían a los laboratorios solicitantes en todo el mundo³.

⏱ 1 min — INFRAFRONTIER/KOMP: si el modelo existe, se puede pedir. 3R directa.

IMPReSS — qué mide el consorcio

El mismo protocolo fenotípico en todos los centros del consorcio, para resultados comparables:

Área	Pruebas
Morfología	Peso, longitud, inspección, rayos X
Metabolismo	DEXA, glucosa, leptina, colesterol
Cardiovascular	ECG, ecocardiografía
Comportamiento	Open field, rotarod, fuerza de agarre
Hematología	Hemograma completo
Embrionario	Para letales: E9.5, E12.5, E14.5, E18.5

Nota

Más de 200 parámetros por línea — todos comparados contra controles del mismo fondo genético y sexo.

⏱ 2 min — El pipeline IMPReSS es lo que hace comparables los datos entre líneas y centros. Destacar que el fenotipado embrionario existe para genes letales — no se pierde información.

Cómo leer un resultado en IMPC

1. Viabilidad del KO — lo primero que reporta IMPC:

• Viable: homocigotos nacen y sobreviven → fenotipado en adultos
• Letal perinatal: nacen pero mueren en horas/días — como Tgfb3^−/−
• Letal embrionario: no nacen → análisis en embriones disponible

2. Significant phenotypes — nombre exacto de la sección en IMPC:
sistema afectado · término MP · p-valor · dirección del efecto (↑ / ↓)

3. Datos cuantitativos: distribución real de KO vs. controles — no solo “sí/no”

⏱ 3 min — Esta diapositiva prepara la demo. Que sepan qué van a ver antes de verlo. Especialmente la viabilidad: es el primer dato que cambia la estrategia experimental.

Demo en vivo · IMPC — gen Tgfb3

Qué hago

1. Busco Tgfb3 (mismo gen que en MGI)
2. Reviso significant phenotypes
3. Veo la viabilidad del KO
4. Comparo con la clínica del paladar hendido humano

Qué observar

• KO homocigoto: letal perinatal (no puede respirar)
• Sistema craneofacial afectado — paladar hendido
• Significancia estadística del hit
• ¿Concuerda con el fenotipo humano?

⏱ 5 min — DEMO EN VIVO con Tgfb3. Aquí respondemos la pregunta 3: sí, el fenotipo murino concuerda con el humano — paladar hendido en ambos. Además, el KO es letal perinatal (los ratones mueren porque no pueden respirar con el paladar abierto), lo que refuerza la relevancia clínica. Señalar cómo se lee el phenotype hit y su significancia estadística.

MGI vs. IMPC — ¿cuándo uso cuál?

	MGI	IMPC
Origen del dato	Curación de literatura + integración	Producción experimental sistemática
Cobertura	Amplia, histórica, heterogénea	Knockouts a escala, estandarizada
Fortaleza	Ortología, alelos, contexto clínico (HMDC)	Fenotipos comparables, viabilidad
Pregunta típica	¿Qué se sabe de este gen/modelo?	¿Qué pasa al noquear este gen?

Tip

No compiten: se complementan. MGI para el contexto → IMPC para el fenotipo sistemático.

⏱ 3 min — Tabla de decisión. Dejar visible un momento; la fotografían mucho.

Confirmar la ortología

Para nuestro caso: TGFB3 humano → Tgfb3 en ratón

• Relación 1:1 — el escenario ideal
• Confirmado en MGI, la referencia de curación manual para ortología humano-ratón
• Ortologías 1:muchos o sin ortólogo identificable complican o invalidan el modelo

⏱ 1.5 min — Enfocarse en la ortología 1:1 de TGFB3 como caso positivo. No introducir otras herramientas que no se verán en esta sesión.

Antes de plantear un modelo nuevo

Tres preguntas obligatorias:

1. ¿Existe ya una línea con la modificación de interés?
2. ¿Qué fenotipos se han caracterizado, y qué tan cercanos son al fenotipo humano?
3. ¿Hay acceso al modelo (INFRAFRONTIER, KOMP, repositorio nacional)?

⏱ 2 min — SIGNIFICA. Las tres preguntas operacionalizan las 3R antes de decidir.

Las tres preguntas — respondidas

Empezamos con un caso sin respuesta. Ahora la tenemos:

1. ¿Existe ortólogo de TGFB3 en ratón?
   → Sí: Tgfb3, relación 1:1 — confirmado en MGI

2. ¿Hay ya un knockout fenotipado?
   → Sí: KO homocigoto desarrolla paladar hendido secundario, letal perinatal — MGI + IMPC

3. ¿El fenotipo murino se parece al humano?
   → Sí: paladar hendido secundario en ambos — mismo tejido, mismo mecanismo de fusión fallida

⏱ 3 min — Cierre del arco narrativo. Las tres preguntas planteadas al inicio ahora tienen respuesta concreta gracias a MGI e IMPC. Este es el momento de mayor impacto del bloque: los alumnos ven que en 40 minutos, sin leer un artículo, pudieron caracterizar un modelo existente. Conectar con ELN y el jueves como próximo paso.

Del dato a la decisión: las 3R

• Modelo y fenotipo ya publicados → Reducir el uso de animales
• Datos parciales → Refinar el diseño antes de generar nada
• Sin datos → la pregunta sí justifica un modelo nuevo

⏱ 2.5 min — Aterrizar en las 3R. El ejemplo de CFTR es poderoso: el modelo existe, está en MGI e IMPC, pero tiene limitaciones conocidas. Usarlo sin consultarlos llevaría a un diseño fallido. El dato barato evita el experimento caro.

Tarea

Con el gen que obtuviste en la actividad 2 de la Dra. Sandra — el ortólogo murino ya lo tienes de MGI:

1. Busca el gen murino en IMPC — ¿está fenotipado?
2. ¿Cuál es la viabilidad del KO? ¿qué sistemas se ven afectados?
3. Compara: ¿el fenotipo murino se parece a la condición humana asociada al gen?
4. En 3–5 líneas: ¿usarías el modelo existente o justificas generar uno nuevo?

Nota

Instrucciones completas en Google Classroom.

⏱ 2 min — Presentar la tarea brevemente. Aclarar que las instrucciones detalladas están en Classroom. No resolver dudas ahora — el chat está abierto para preguntas antes de la sesión del jueves.

Quiz · Mentimeter

Tres preguntas sobre lo visto hoy:

• Una de MGI
• Una de IMPC
• Una de las 3R

menti.com
Código en el chat de Zoom

⏱ 3 min — Quiz de cierre con Mentimeter. Tres preguntas de opción múltiple: una sobre MGI, una sobre IMPC y una sobre las 3R. Sugerencias de preguntas (respuesta correcta entre paréntesis): 1. ¿Cuál base produce sus propios datos experimentales? (IMPC) 2. ¿Qué significa que un KO sea “letal perinatal”? (nace pero muere en horas/días) 3. Consultar MGI e IMPC antes de generar un modelo aplica ¿cuál de las 3R? (Reducir)

Lo que nos llevamos

• MGI: ortología + alelos + contexto clínico (HMDC) — curado de literatura
• IMPC: fenotipos de knockouts sistemáticos y comparables
• Juntos responden: ¿ya existe el modelo o el dato?
• El flujo: MGI para contexto → IMPC para fenotipo sistemático → decisión 3R

Nota

TGFB3: knockout existe, fenotipo concuerda con el fenotipo humano.

⏱ 2 min — RETA. Cerrar el arco TGFB3 y conectar con el jueves. Registrar dudas en el chat. TOTAL estimado: 0.5+2+2+1.5+3+0.5+3+1+5+3+1+5+3+2+2+3+2.5+10+2 = ~52 min. Reducir demos a 4 min y ortología a 1 min si hay que ajustar.

Recursos

• MGI · https://www.informatics.jax.org
• IMPC · https://www.mousephenotype.org
• INFRAFRONTIER · https://www.infrafrontier.eu
• MP Ontology · http://www.informatics.jax.org/vocab/mp_ontology
• Ensembl Compara · https://www.ensembl.org/info/genome/compara/
• HCOP · https://www.genenames.org/tools/hcop/
• KOMP Repository · https://www.komp.org

Slide de respaldo distribuible. No se expone en clase.

1.

Blake, J. A. et al. Mouse Genome Database (MGD): Knowledgebase for mouse-human comparative biology. Nucleic Acids Research 49, D981-D987 (2021).

2.

Groza, T. et al. The International Mouse Phenotyping Consortium: comprehensive knockout phenotyping. Nucleic Acids Research 51, D1038-D1045 (2023).

3.

Ali Khan, A. et al. INFRAFRONTIER: mouse model resources for modelling human diseases. Mammalian Genome 34, 408-417 (2023).