Está en nuestros genes y en cómo se pliega nuestro genoma en 3D
Los nuevos hallazgos podrían ayudar en la prevención y el tratamiento de enfermedades
Nuestros genes determinan si nos mantenemos sanos o enfermamos gravemente. Pero también el plegamiento de nuestro genoma influye notablemente en ello, ya que la organización tridimensional del genoma regula qué genes se activan y desactivan. Investigadores dirigidos por Marieke Oudelaar y Elisa Oberbeckmann, del Instituto Max Planck (MPI) de Ciencias Multidisciplinares, han logrado recrear en el laboratorio el plegamiento tridimensional del genoma de la levadura y descifrar los mecanismos subyacentes.
Nuestro cuerpo está formado por cientos de tipos celulares especializados en diversas tareas: Luchan contra patógenos, transportan oxígeno, producen insulina o nos hacen pensar. Todos los tipos celulares contienen el mismo modelo, codificado en los genes de nuestro ADN. Sin embargo, sólo se activan los genes que la célula respectiva necesita para su tarea.
El ADN de una célula de nuestro cuerpo, nuestro genoma, tendría unos dos metros de largo si estuviera estirado. Sin embargo, el ADN cabe en un diminuto núcleo celular con un diámetro de alrededor de una milésima de milímetro. Por tanto, está empaquetado de forma compacta. Ciertas proteínas, las histonas, enrollan el ADN en secciones como en un tambor de cable. Este complejo histona-ADN se denomina nucleosoma. Los nucleosomas están separados entre sí por secciones de ADN libres de nucleosomas, de forma similar a como se encadenan los nudos en un hilo. El genoma empaquetado en nucleosomas se denomina cromatina.
Genes accesibles y activables
"La estructura tridimensional del genoma influye en la actividad de los genes. Al plegarse, las secciones reguladoras del ADN entran en contacto con los genes adecuados en el momento oportuno y los activan o desactivan", explica Marieke Oudelaar, que dirige un grupo de investigación Lise Meitner en el instituto. Si se interrumpe la activación de los genes, pueden producirse diversas enfermedades en el ser humano, como el cáncer.
Investigar la estructura tridimensional del ADN sigue siendo un reto para los científicos: "En las células vivas es difícil descubrir qué proteínas y procesos intervienen en el plegamiento tridimensional del genoma. Las redes bioquímicas subyacentes son difíciles de desentrañar, y las proteínas implicadas suelen tener varias funciones difíciles de separar", explica Elisa Oberbeckmann, jefa de grupo del proyecto en el MPI y primera autora del estudio publicado ahora en la revista Nature Genetics.
Cromatina recreada en el laboratorio
Los investigadores y su equipo han logrado ahora un importante avance metodológico: Han logrado reproducir la cromatina de la levadura en el laboratorio y medir su estructura tridimensional. "Esto ofrece la gran ventaja de que el proceso de plegamiento y las proteínas implicadas pueden estudiarse de forma aislada", afirma Oberbeckmann. Mediante experimentos bioquímicos y genéticos, así como simulaciones por ordenador, pudieron descifrar cómo se pliega la cromatina en estructuras tridimensionales específicas denominadas dominios de cromatina.
Cuando los investigadores añadieron reguladores que remodelan la cromatina en el experimento de laboratorio, la cromatina generada artificialmente formó estructuras 3D muy similares a la cromatina de la levadura. "Para nuestra sorpresa, se plegó de forma independiente en cuanto los reguladores celulares aportaron cierta regularidad a la cromatina. La disposición regular de los nucleosomas mediante la remodelación de la cromatina parece desempeñar un papel mucho más central en el plegamiento tridimensional del genoma de lo que se pensaba", explica Oudelaar.
El equipo pudo demostrar que largas secciones libres de nucleosomas en la cromatina forman los límites entre los dominios individuales. "La longitud de estas secciones influye directamente en que los dominios vecinos puedan interactuar entre sí. Las regiones libres de nucleosomas más largas son muy rígidas y, por tanto, impiden las interacciones entre nucleosomas de dos dominios adyacentes", explica Kimberly Quililan, una estudiante que desempeñó un papel clave en los experimentos y análisis de laboratorio.
No sólo para la levadura
Los conocimientos adquiridos por los investigadores también son relevantes más allá del sistema modelo de la levadura: Mecanismos similares podrían desempeñar un papel en la organización tridimensional del genoma humano. En el futuro, los resultados del equipo de Gotinga podrían ayudar a identificar mejor las posibles causas de enfermedades basadas en una alteración de la regulación génica. "Si entendemos cómo los genes se vuelven accesibles en el genoma 3D y se activan, esto también podría ser un punto de partida útil para la prevención y el tratamiento de tales enfermedades", dice Oudelaar.
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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