Una nueva herramienta para estudiar interacciones genómicas complejas
"Me entusiasmó ver que habíamos descubierto un efecto realmente fuerte"
La cartografía de la arquitectura del genoma capta interacciones complejas y multidireccionales en el genoma. Esto difiere de la técnica de genómica 3D, que observa sobre todo contactos bidireccionales, según un nuevo estudio de un equipo dirigido por Ana Pombo, del Centro Max Delbrück, publicado en "Nature Methods".
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Las personas que tuvieron televisores en blanco y negro hasta los años ochenta no supieron lo que se perdían hasta que adquirieron uno en color. Algo parecido podría ocurrir en el mundo de la genómica, ya que los investigadores del Instituto de Biología de Sistemas Médicos del Centro Max Delbrück de Berlín (MDC-BIMSB) han desarrollado una técnica llamada Mapeo de la Arquitectura del Genoma ("GAM") para asomarse al genoma y verlo en glorioso technicolor. El GAM revela información sobre la arquitectura espacial del genoma que resulta invisible para los científicos que utilizan únicamente Hi-C, una herramienta de trabajo desarrollada en 2009 para estudiar las interacciones del ADN, según un nuevo estudio publicado en "Nature Methods" por el laboratorio de Pombo.
"Con un televisor en blanco y negro se ven las formas, pero todo parece gris", explica la profesora Ana Pombo, bióloga molecular y directora del laboratorio de Regulación Epigenética y Arquitectura de la Cromatina. "Pero si tienes un televisor en color y miras las flores, te das cuenta de que son rojas, amarillas y blancas y no éramos conscientes de ello". Del mismo modo, también hay información en la forma en que el genoma se pliega en tres dimensiones de la que no hemos sido conscientes."
Comprender la organización del ADN puede revelar las bases de la salud y la enfermedad. Nuestras células empaquetan un genoma de 2 metros de longitud en un núcleo de unos 10 micrómetros de diámetro. El empaquetamiento se hace con precisión para que el ADN regulador entre en contacto con los genes correctos en los momentos adecuados y los active y desactive. Los cambios en la configuración tridimensional pueden alterar este proceso y provocar enfermedades.
"Hace tiempo que sabemos que las enfermedades son hereditarias", afirma el Dr. Robert Beagrie, coautor del estudio y biólogo molecular de la Universidad de Oxford, anteriormente en el laboratorio de Pombo. "Más recientemente, hemos llegado a comprender que gran parte de esta predisposición se debe a que heredamos de nuestros padres variantes en la secuencia de ADN que afectan a la forma en que se activan y desactivan nuestros genes".
La GAM proporciona información más compleja
Técnicas como Hi-C y GAM permiten a los científicos congelar y estudiar las interacciones entre secuencias reguladoras y genes. En Hi-C, la cromatina se corta en trozos mediante enzimas y luego se vuelve a pegar de tal forma que las interacciones bidireccionales del ADN se revelan al secuenciar. En la GAM, descrita por primera vez por el equipo de Pombo en "Nature" en 2017, los científicos toman cientos de finos cortes de núcleos, cada uno de ellos de células individuales, y extraen ADN de ellos. Secuencian el ADN y analizan estadísticamente los datos para saber qué regiones interactúan.
La combinación de los nuevos datos de GAM, así como los potentes modelos computacionales y estadísticos desarrollados por el equipo, proporciona acceso a información más profunda sobre cómo se organiza y regula nuestro genoma. "De este modo, podemos deducir la probabilidad de que en una sola célula un determinado conjunto de sitios de ADN, como un par, un triplete, etc., se junten a partir de grandes distancias genómicas", afirma el profesor Mario Nicodemi, físico coautor del artículo de la Universidad de Nápoles "Federico II" y profesor visitante Einstein BIH en el Centro Max Delbrück.
Con esta técnica, el equipo creó un mapa de las interacciones tridimensionales. Cuando lo compararon con los mapas tridimensionales del genoma creados con Hi-C, encontraron muchas interacciones nuevas. Esto les desconcertó hasta que se dieron cuenta de que estaban viendo interacciones más complejas utilizando GAM, con múltiples regiones de ADN que se unían al mismo tiempo. "Estos contactos más complejos contienen genes activos, regiones reguladoras y superpotenciadores, que regulan genes importantes que determinan la identidad celular", explica el Dr. Christoph Thieme, co-primer autor del estudio y becario postdoctoral senior en el laboratorio de Pombo.
En comparación, Hi-C captó sobre todo interacciones bidireccionales. Ambas técnicas son complementarias, ya que dos de cada tres contactos detectados por GAM no eran visibles con Hi-C, y viceversa.
"Me entusiasmó ver que habíamos descubierto un efecto realmente fuerte", afirma Beagrie. "Está claro que estas interacciones complejas eran mucho más comunes de lo que habíamos apreciado anteriormente".
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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