Charles Daniel Lane

Charles Daniel Lane es un biólogo molecular británico que, junto con sus colegas Gerard Marbaix y John Gurdon, descubrió el sistema de expresión de ARNm exógeno del ovocito ^{[ 1 ]} , un sistema que no solo revela aspectos del control de la expresión genética, sino que también proporciona un "tubo de ensayo viviente" para el estudio de macromoléculas: dicho sistema de célula completa también muestra las ventajas de un enfoque no reduccionista y la posibilidad de terapias con ARNm .

Lane es hijo de la bióloga y conservacionista de la naturaleza Miriam Rothschild y del oficial del ejército británico George Lane . ^{[ 2 ] [ 3 ]} De niño, Charles mostró pasión por las polillas, las mariposas y las plantas, y con la ayuda de su madre escribió varios artículos "anecdóticos" sobre temas como la migración de las mariposas. Charles también fue un importante coleccionista de mariposas Meadow Brown para los estudios de genética de poblaciones de EB Ford .

Al dejar la escuela a los 16 años, Lane se unió al laboratorio de bioquímica de Hans Krebs : gran parte del trabajo de Lane consistió en estudiar la piruvato quinasa en cortes y homogeneizados de hígado de rata. Lane asistió al Trinity College de Cambridge y al Christ Church de Oxford . Su tesis doctoral de la Universidad de Oxford fue "La microinyección de ARN en óvulos y ovocitos de Xenopus laevis ". ^{[ 4 ]} Una copia impresa de la tesis puede consultarse en la Biblioteca Bodleiana de Oxford . ^{[ 5 ]} Luego trabajó en los Laboratorios de Biología Molecular del Consejo de Investigación Médica en Cambridge y posteriormente en el Instituto Nacional de Investigación Médica , en Mill Hill, Londres.

Lane es conocido por el descubrimiento (junto con sus colegas Gerard Marbaix y John Gurdon ) del sistema de expresión génica sustituto del ovocito, y su posterior desarrollo y perfeccionamiento (con numerosos colegas) para el estudio de eventos postraduccionales, incluyendo el estudio de proteínas incrustadas en las membranas celulares. Lane creía que los estudios de John Gurdon sobre la expresión génica tenían un gran potencial.

El descubrimiento de que las células vivas programadas con ARN mensajero exógeno pueden producir y modificar correctamente proteínas extrañas es un avance científico por cuatro razones:

• El ARNm extraño puede revelar mecanismos de control dentro de la célula viva.
• Las proteínas extrañas producidas dentro de una célula viva proporcionan un "tubo de ensayo viviente" para el descubrimiento y el estudio de moléculas, incluidos muchos fármacos, como aquellos que interactúan con proteínas receptoras incrustadas en las membranas celulares.
• Las terapias con ARN mensajero podrían revolucionar muchos tratamientos médicos convencionales, desde vacunas antivirales hasta medicamentos para el corazón y vacunas contra el cáncer. Sin embargo, hasta la fecha, ninguna terapia con ARNm ha llegado al mercado (excepto las vacunas contra la COVID-19 ^{[ 6 ]} ).

El primer experimento clave fue realizado en 1968 por Lane y John Gurdon ^{[ 2 ]} y seguido por un segundo experimento clave que involucró a Gerard Marbaix, ^{[ 1 ]} verificado posteriormente: ^{[ 7 ]} las características generales del nuevo sistema experimental de expresión de ARNm fueron definidas con mayor precisión. ^{[ 8 ]} La publicación rápida en Nature del artículo de 1971 de Gurdon, Lane, Woodland y Marbaix ^{[ 8 ]} ha generado cierta confusión, porque el artículo fundamental de publicación muy lenta de tres científicos, a saber, Charles Lane, Gerard Marbaix y John Gurdon ^{[ 1 ]} apareció impreso casi en el mismo mes (septiembre) de 1971. Sin embargo, el artículo de Nature enfatizó que el sistema de ARNm exógeno de ovocitos ya se había utilizado en otros experimentos (es decir, el artículo fundamental) y el artículo fundamental se incluyó en la referencia del artículo de Nature. ^{[ 8 ]} El papel clave de Gerard Marbaix (quien preparó el ARNm de globina) es evidente en el artículo fundamental.

Una cuestión fundamental era hasta qué punto el ovocito vivo podía realizar modificaciones postraduccionales, y la respuesta, que indicaba una casi universalidad, comenzó a surgir. ^{[ 9 ] [ 10 ]}  La capacidad del ovocito para procesar y localizar correctamente partículas extrañas hace que este sistema celular completo sea generalmente útil. El sistema también se ha utilizado para evaluar sistemas de control dentro de la célula viva. Este descubrimiento fundamental ha generado una importante bibliografía, y el sistema de microinyección de ovocitos de Xenopus se ha convertido en una característica estándar de muchos laboratorios, mientras que la filosofía de utilizar la célula como un "tubo de ensayo viviente" se ha extendido mucho más allá del simple sistema del ovocito, especialmente a las terapias con ARNm.

En 1976, Scientific American publicó un artículo popular de Lane titulado " Hemoglobina de conejo a partir de huevos de rana ". ^{[ 10 ]} Se puede argumentar que el descubrimiento del sistema de expresión de ovocitos ha dado lugar a una nueva rama, aunque menor, de la biología molecular, con un número sustancial de artículos científicos publicados cada año (véanse las revisiones de Lane CD y Morel C, Bloemendal et al , Smith M et al y Jacobson A, Lane CD y Alton). Si bien el sistema de expresión tiene una utilidad comprobada para los estudios de receptores, ^{[ 11 ]} hay poca evidencia directa de que las terapias de ARNm tendrán un impacto general en las prácticas médicas.

El sistema de expresión de ovocitos de Xenopus se ha convertido desde entonces en una herramienta estándar en biología molecular y celular, y ha contribuido a investigaciones reconocidas con el Premio Nobel. La identificación de los canales de agua de acuaporina por Peter Agre, por la que compartió el Premio Nobel de Química de 2003, se demostró mediante la expresión de la proteína en ovocitos de Xenopus; los ovocitos que producían la proteína se hincharon y se rompieron en una solución diluida, confirmando su función como canal de agua. ^{[ 12 ] [ 13 ]}

Los estudios iniciales que condujeron a este descubrimiento se realizaron en el antiguo edificio del Departamento de Zoología (en Oxford). Incluso antes de que Lane terminara su tesis doctoral, fue elegido (a los 22 años) Investigador Asociado del Trinity College de Cambridge, siendo una de las personas más jóvenes en ser elegida miembro de un colegio de Cambridge .

Lane se había dado cuenta de que el sistema del ovocito tenía un enorme potencial para el estudio de los eventos postraduccionales, y un artículo temprano (1971) de Proceedings of the National Academy of Sciences con Hans Bloemendal, Anton Berns , Ger Strous y Michael Matthews se centró en lo que, en términos de eventos postraduccionales, el sistema del ovocito podía y no podía hacer. Lo que no podía hacer resultó ser extremadamente raro: el ovocito podía incluso modificar con precisión la promelitina de la abeja melífera producida bajo la dirección del ARNm de la glándula de veneno inyectado ^{[ 14 ]} e incluso podía insertar proteínas extrañas en las membranas en un estado funcional. ^{[ 15 ]}  Durante unos 14 años, la investigación de Lane se centró en el ovocito como un sistema para estudiar eventos postraduccionales (y otros) posteriores. Lane no estaba interesado en el uso del ovocito como sistema para estudios con ADN exógeno , pues creía que otros sistemas eran más adecuados para estudios previos; sin embargo, el sistema del ovocito tiene sus usos para tales propósitos, especialmente en lo que respecta al estudio de la transcripción.

• Lane CD, Marbaix G y Gurdon JB (1971) ARN 9S de reticulocitos y su ensayo en ovocitos de rana. The Biology & Radiobiology of Anucleate Systems Academic Press. Ed. S. Bonotto
• Lane CD, Marbaix G y Gurdon JB (1971). La traducción del ARN 9S de reticulocitos en ovocitos de rana da lugar a cadenas de globina alfa y beta. Comunicación presentada en la reunión de la FEBS en Vauna, Bulgaria.
• Lane CD, Marbaix G y Gurdon JB (1972). Traduction du RNA 9S de reticulocitos de lapina en cadenas de globina dan les oeufs et les ovocitos de xenope. Archive Internationales de Physiologie et de Biochimie 80 (5) páginas 973–974
• Lane CD y Morel C (1972). La traducción del ARN 9S del pato en ovocitos de rana. Comunicación a la Sociedad Bioquímica de Brasil.
• Bloemendal H, Berns A, Strous G, Matthews M y Lane CD (1972). Traducción del ARN mensajero eucariota en diversos sistemas heterólogos. "RNA Viruses/Ribosomes". Editorial North-Holland.
• Smith M, Stavnezar J, Huang RC, Gurdon JB y Lane CD (1973). Síntesis de inmunoglobulina de ratón en células de rana: la traducción del ARN de mieloma 9-13S en ovocitos de rana. Journal of Molecular Biology 80, páginas 553-557.
• Jacobson A, Lane CD y Alton T (1975). Separación electroforética de las principales especies de ARN mensajero de mohos mucilaginosos. "Microbiología" (Actas del Simposio de Asiolma) Ed. Dworkin y Shapiro.
• Jacobson A, Palatnik CM, Lane CD, Mabie C y Wilkins C (1975). Fraccionamiento de ARNm de Dictyostelium discoideum. Taller de la EMBO sobre desarrollo y diferenciación en mohos mucilaginosos. Ed. P. Capucinelli. North-Holland Press, Ámsterdam.