La microscopía de última generación ha permitido a un equipo científico visualizar los bucles de las hebras de ADN por primera vez. Las imágenes revelan cómo el genoma humano se organiza en un espacio tridimensional con una resolución mucho más alta de lo que era posible hasta ahora.
Los hallazgos, publicados en un nuevo estudio en la revista Molecular Cell, también revelan que el proceso de copiar el ADN en ARN (transcripción) cambia la arquitectura del genoma indirectamente. Un equipo internacional, liderado por la profesora de investigación ICREA Pia Cosma del Centro de Regulación Genómica (CRG), en Barcelona, y Melike Lakadamyali de la Universidad de Pensilvania, en Estados Unidos, ha descubierto que la transcripción genera una fuerza que se mueve a través de las hebras de ADN, como las ondas propagándose en el agua.
La fuerza, denominada superenrollamiento, hace que las proteínas estructurales, como las cohesinas, "surfeen" sobre las hebras de ADN, cambiando la arquitectura del armazón y transformando la forma general del genoma. Si bien se sabe que la arquitectura tridimensional del genoma regula la transcripción de los genes, es la primera vez que se observa el revés por el efecto del superenrollamiento.
Según el equipo científico, el descubrimiento de esta nueva fuerza puede tener futuras implicaciones para la comprensión de enfermedades genéticas como el síndrome de Cornelia de Lange, causado por mutaciones en genes que codifican las cohesinas o los reguladores de cohesinas. Los hallazgos también pueden ser relevantes para los trastornos del desarrollo relacionados con la forma en que se pliega la cromatina, así como para abrir nuevas vías de investigación sobre la fragilidad del genoma y el desarrollo del cáncer.
Los investigadores estudiaron los mecanismos biológicos que permiten condensar dos metros de ADN en un espacio diminuto en cada célula humana. En este estado condensado, el ADN, también conocido como cromatina, contiene muchos bucles que unen diferentes regiones del genoma que normalmente estarían muy separadas. La proximidad física resultante es importante para transcribir el ADN en ARN que a su vez produce proteínas. Por esta razón los bucles de cromatina son un mecanismo biológico fundamental para la salud y las enfermedades humanas.
Según Vicky Neguembor, investigadora del CRG y primera autora del artículo, “el bucle de cromatina es lo que permite que las células individuales activen y desactiven información diferente, por lo que, por ejemplo, una neurona o una célula muscular con la misma información genómica se comportan de una manera tan diferente. Los bucles también son una de las formas en que el genoma se compacta para encajar en el núcleo".
“Lo que hemos descubierto es importante porque muestra que el proceso biológico de transcripción juega un papel adicional más allá de su tarea fundamental de crear ARN que eventualmente se convierte en proteínas. La transcripción compacta el genoma de una manera indirecta pero eficiente, ayudando a diferentes regiones del genoma comunicarse entre si".
Técnicas convencionales utilizadas para estudiar los bucles de ADN podían predecir dónde se ubicaban, pero no su forma real. Para mejorar la resolución y promover la investigación de los bucles, el equipo científico utilizó un tipo especial de microscopía que usa láseres de alta potencia en condiciones químicas específicas para rastrear el parpadeo de moléculas fluorescentes. La técnica es diez veces más poderosa que la microscopía convencional y, combinada con técnicas avanzadas de análisis de imágenes, el equipo científico pudo identificar los bucles y las cohesinas que mantienen unida la estructura, mediante un sistema parecido a los clips, dentro de células intactas.
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