La conformación del genoma para la división celular
Los investigadores han descubierto el funcionamiento interno de la maquinaria molecular que da forma a los cromosomas durante la división celular
Nuestras células son una maravilla de la ingeniería a la hora de empaquetar información en espacios reducidos. Cada vez que una célula se divide, agrupa la asombrosa cantidad de 4 metros de ADN en 46 paquetes minúsculos, cada uno de los cuales tiene una longitud de sólo varias millonésimas de metro.
Representación artística de cómo el complejo de condensina (amarillo) crea bucles de ADN (azul) para formar cromosomas en forma de X durante la división celular.
Tobias Wuestefeld, illustratoren.de
Investigadores del EMBL de Heidelberg y de la Universidad Julius-Maximilians de Würzburg (JMU) han descubierto ahora cómo una familia de proteínas motoras del ADN consigue empaquetar las hebras de ADN sueltas en cromosomas individuales compactos durante la división celular.
La condensina forma bucles de ADN
Los investigadores estudiaron la condensina, un complejo proteico fundamental en el proceso de formación de los cromosomas. Aunque este complejo se descubrió hace más de tres décadas, su modo de acción permanecía en gran medida inexplorado. En 2018, los investigadores del grupo de Häring en el EMBL de Heidelberg y sus colaboradores demostraron que las moléculas de condensina crean bucles de ADN, lo que podría explicar cómo se forman los cromosomas. Sin embargo, el funcionamiento interno por el cual el complejo proteico logra esta hazaña seguía siendo desconocido.
"Llevamos mucho tiempo trabajando en este problema. Pero sólo ahora, mediante la combinación de diferentes enfoques experimentales, hemos encontrado una respuesta a esta antigua pregunta", dijo Christian Häring, ex jefe de grupo en el EMBL de Heidelberg y ahora profesor en el Biocentro JMU.
Observación de moléculas individuales en funcionamiento
A través de experimentos meticulosamente diseñados, algunos de los cuales implicaban la observación y manipulación de moléculas individuales de condensina mientras estaban en el proceso de formación de bucles de ADN, los investigadores descubrieron cómo las diferentes partes del complejo actúan colectivamente como una máquina molecular: una parte mantiene el ADN estable, como un ancla, mientras que la otra actúa como un motor que mueve el ADN hacia adelante, creando así un amplio bucle.
Al igual que otras proteínas motoras, la condensina da "pasos" a lo largo del ADN, quemando energía celular en forma de ATP mientras lo hace. Sin embargo, estos pasos son más de 500 veces más largos que los que dan otras proteínas motoras del ADN, aunque la cantidad de energía utilizada es aproximadamente la misma. "Es como un coche de carreras de Fórmula 1 con la eficiencia energética de una bicicleta eléctrica", afirma la investigadora de la JMU Indra Shaltiel, primera autora del estudio.
Similitudes con otros procesos genómicos
"Los avances en las técnicas de criomicroscopía electrónica nos permitieron visualizar este complejo mecanismo con un detalle sin precedentes", dijo Sebastian Eustermann, jefe de grupo en el EMBL de Heidelberg y autor principal del estudio publicado en Science.
"Pudimos captar la condensina en acción y derivar una coreografía molecular de cómo el ATP alimenta su actividad motora, un paso clave para entender la formación de bucles de ADN". Se han implicado bucles similares y máquinas moleculares relacionadas en diversos procesos genómicos, incluido el control de la activación y desactivación de los genes entre divisiones celulares. Por consiguiente, nuestros hallazgos pueden tener implicaciones aún más amplias".
Surge un nuevo campo de investigación
Las condensinas pertenecen a una de las familias de proteínas cromosómicas más antiguas desde el punto de vista evolutivo. El descubrimiento de este nuevo mecanismo abre, pues, todo un nuevo campo de estudio.
"Los miembros de la clase de proteínas motoras a la que pertenece la condensina son presumiblemente esenciales para toda la vida en la Tierra", dijo Häring. "Es obvio que apenas estamos empezando a comprender sus funciones y cómo podrían verse afectadas en las condiciones humanas".
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