Organización del ADN en tiempo real
Cómo el movimiento del ADN controla la actividad de los genes
A pesar de estar densamente empaquetados para caber en el núcleo, los cromosomas que almacenan nuestra información genética están siempre en movimiento. Esto permite que regiones específicas entren en contacto y activen así un gen. Un grupo de científicos del Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria (ISTA), la Universidad de Princeton y el Instituto Pasteur de París han visualizado ahora este proceso dinámico y aportan nuevos conocimientos sobre las características físicas del ADN.
Para hacer ciencia de vanguardia hay que pensar con originalidad y aunar distintas disciplinas científicas. A veces incluso significa estar en el lugar adecuado en el momento oportuno. Para David Brückner, investigador postdoctoral y becario NOMIS en la ISTA, todo lo anterior se hizo realidad cuando asistió a una conferencia en el campus del profesor Thomas Gregor, de la Universidad de Princeton. Inspirado por la charla, Brückner le propuso una idea: interpretar físicamente los conjuntos de datos específicos presentados por Gregor.
Ahora, los resultados de su colaboración se publican en Science. Destacan el movimiento estocástico (aleatorio) de dos elementos génicos concretos en un cromosoma, que tienen que entrar en contacto para que el gen se active en el espacio tridimensional.
Cómo encaja el ADN en el núcleo de una célula
Los organismos vivos, como los humanos, se construyen a partir de genes que se almacenan en el ADN, nuestro plano molecular. El ADN es un polímero, una molécula enorme de partes individuales más pequeñas (monómeros). Se encuentra en el núcleo de cada célula. "Dependiendo del organismo, el polímero de ADN puede medir hasta metros de largo, pero el tamaño del núcleo es del orden de micras", explica Brückner. Para caber en el diminuto núcleo, el ADN se compacta enrollándose como en una bobina y comprimiéndose aún más en la conocida forma de los cromosomas, que todos hemos encontrado en un libro de texto de biología.
"A pesar de estar muy condensados, los cromosomas no son estáticos, sino que se agitan todo el tiempo", continúa el físico. Esta dinámica es muy importante. Siempre que hay que activar un gen específico, dos regiones del polímero llamadas "potenciador" y "promotor" tienen que entrar en estrecho contacto y unirse entre sí. Sólo cuando esto ocurre, una maquinaria celular lee la información del gen y forma la molécula de ARN, que acaba dando lugar a proteínas esenciales para todos los procesos que requiere un organismo vivo.
Dependiendo del organismo, el potenciador y el promotor pueden estar bastante alejados entre sí en el cromosoma. "Con los métodos utilizados hasta ahora se podía obtener una visión estática de la distancia entre estos elementos, pero no de cómo evoluciona el sistema a lo largo del tiempo", explica Brückner. Intrigados por esta falta de información, los científicos se propusieron obtener una visión dinámica de cómo se organizan estos elementos y cómo se mueven en el espacio tridimensional en tiempo real.
Visualización de regiones génicas
Para lograr este objetivo, los científicos experimentales de Princeton establecieron un método para rastrear esos dos elementos de ADN a lo largo de un determinado periodo de tiempo en un embrión de mosca. Mediante manipulación genética, los elementos de ADN se marcaron con fluorescencia, iluminándose en verde la región potenciadora y en azul la promotora. Mediante imágenes en directo (microscopía de células vivas con lapso de tiempo), los científicos pudieron visualizar los puntos fluorescentes en embriones de mosca para ver cómo se movían para encontrarse.
Cuando los dos puntos se acercaban, se activaba el gen y se encendía una luz roja adicional, ya que el ARN también estaba marcado con fluoróforos rojos. Brückner añade entusiasmado: "Obtuvimos una lectura visual de cuándo entraban en contacto el potenciador y el promotor. Eso nos dio mucha información sobre sus trayectorias".
El ADN está densamente empaquetado y muestra un movimiento rápido
El reto era cómo analizar este enorme conjunto de datos de movimiento estocástico. Su formación en física teórica permitió a Brückner extraer estadísticas para comprender el comportamiento típico del sistema. Aplicó dos modelos físicos diferentes y simplificados para analizar los datos.
Uno era el modelo de Rouse. Supone que cada monómero del polímero es un muelle elástico. Predice una estructura suelta y una difusión rápida, un movimiento aleatorio en el que, de vez en cuando, las regiones génicas se encuentran. El otro modelo se denomina "glóbulo fractal". Predice una estructura muy compacta y, por tanto, una difusión lenta. "Sorprendentemente, descubrimos en los datos que el sistema se describe mediante una combinación de estos dos modelos: una estructura muy densa, como cabría esperar según el modelo del glóbulo fractal, y la difusión, que se describe mediante las estadísticas del modelo de Rouse", explica Brückner.
Debido a la combinación de empaquetamiento denso y movimiento rápido, la unión de estas dos regiones genéticas depende mucho menos de su distancia a lo largo del cromosoma de lo que se había previsto anteriormente. "Si un sistema así está en un estado fluido y dinámico todo el tiempo, la comunicación a larga distancia es mucho mejor de lo que podríamos haber pensado", añade Brückner.
Este estudio une los mundos de la biología y la física. Para los físicos es interesante, porque los científicos probaron la dinámica de un sistema biológico complejo con teorías físicas que existen desde hace mucho tiempo; y para los biólogos, porque da una idea de las características de un cromosoma, lo que podría ayudar a entender con más detalle la interacción y la activación de los genes.
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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