Los físicos observaron bucles aleatorios en los cromosomas y revelaron cómo los bucles afectan a la organización espacial del genoma
Los cromosomas humanos son largas cadenas poliméricas que almacenan información genética. El núcleo de cada célula contiene todo el genoma humano (ADN) codificado en 46 cromosomas con una longitud total de unos 2 metros. Para caber en el microscópico núcleo celular y, al mismo tiempo, proporcionar un acceso constante a la información genética, los cromosomas se pliegan en el núcleo de una forma especial y predeterminada. El plegamiento del ADN es una tarea urgente en la intersección de la física de polímeros y la biología de sistemas.
Imagen 1. Cromosoma con bucles (a la izquierda) y curva derivada pico-dip de la probabilidad de contacto (a la derecha). A escalas grande y pequeña, el plegamiento del cromosoma difiere significativamente debido al efecto de "dilución de los enredos" creado por los bucles.
Kirill Polovnikov
Hace unos años, como uno de los mecanismos de plegamiento de los cromosomas, los investigadores plantearon la hipótesis de la extrusión activa de bucles en los cromosomas por motores moleculares. Aunque se ha demostrado la capacidad de los motores para extruir ADN in vitro, observar experimentalmente los bucles en una célula viva es una tarea técnicamente muy difícil, casi imposible. Un equipo de científicos de Skoltech, el MIT y otras destacadas organizaciones científicas de Rusia y Estados Unidos presentó un modelo físico de un polímero plegado en bucles. La solución analítica de este modelo permitió a los científicos reproducir las características universales del empaquetamiento cromosómico basándose en los datos experimentales - la imagen muestra la curva derivada pico-surco de la probabilidad de contacto. El trabajo teórico permitirá a los investigadores comprender cómo afecta la extrusión de bucles a las propiedades biofísicas del cromosoma y extraer parámetros de estos bucles a partir de los datos experimentales. El artículo se publica en la revista Physical Review X.
"La extrusión de bucles por motores, como suele ocurrir en biología, es aleatoria: se forman y desaparecen constantemente. Esto explica, en particular, por qué su detección experimental en una sola célula viva es tan difícil. Nosotros adoptamos un enfoque diferente: desarrollamos una teoría física que muestra cómo los bucles distribuidos aleatoriamente en un polímero afectarían a la organización espacial del mismo. A continuación, analizamos los datos experimentales sobre el empaquetamiento espacial de los cromosomas obtenidos en miles de millones de células vivas y hallamos en ellos las mismas características estadísticas", explica Kirill Polovnikov, autor principal del estudio, profesor adjunto y jefe del grupo de investigación en Skoltech.
La teoría desarrollada ha permitido determinar el tamaño típico de los bucles cromosómicos y su densidad. Además, los autores han descubierto un nuevo efecto topológico asociado a los bucles. Cuando se extruyen los bucles, la espina dorsal de la cadena se acorta, sin embargo, se estira en el espacio tridimensional debido al llamado efecto de "dilución de enredos" en el sistema polimérico. Los científicos han desarrollado un modelo analítico de este efecto y también han confirmado sus resultados en simulaciones por ordenador. La teoría ayuda a identificar y caracterizar los bucles cromosómicos a partir de datos experimentales y cambia nuestra comprensión de la organización topológica de los cromosomas en una célula viva.
"Al igual que los astrofísicos encuentran nuevos exoplanetas por la disminución de la luminosidad de la estrella progenitora durante el paso del planeta, nuestra teoría ofrece una herramienta para detectar el 'rastro' de bucles en los datos genómicos. Sorprendentemente, las características identificadas resultan ser universales no sólo para los humanos, sino también para las células de otros organismos. Al parecer, el plegamiento de los cromosomas en bucles es uno de los principios más generales de la organización espacial del ADN", añade Kirill Polovnikov.
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.
Más noticias del departamento ciencias
Reciba la industria de las ciencias biológicas en su bandeja de entrada
No se pierda nada a partir de ahora: Nuestro boletín electrónico de biotecnología, productos farmacéuticos y ciencias de la vida le pone al día todos los martes y jueves. Las últimas noticias del sector, los productos más destacados y las innovaciones, de forma compacta y fácil de entender en su bandeja de entrada. Investigado por nosotros para que usted no tenga que hacerlo.
