Un equipo internacional de científicos, con participación española, ha observado la estructura de las fibras de ADN con la resolución más alta posible hasta el momento. Las imágenes, obtenidas con microscopía de última generación, revelan que el genoma humano está organizado en un espacio tridimensional.
Un estudio publicado en la revista Molecular Cell muestra, mediante microscopía de última generación, que el proceso que copia el ADN en ARN, conocido como transcripción, altera la arquitectura del genoma indirectamente. La investigación ha sido realizada por un equipo internacional liderado por el Centro de Regulación Genómica (CRG) y la Universidad de Pensilvania (EE UU).
Los autores han descubierto que la transcripción genera una fuerza, denominada superenrollamiento, que hace que las proteínas estructurales como las cohesinas se deslicen sobre las hebras de ADN. Esto provoca un cambio en la estructura del material genético y transforma la organización tridimensional del genoma.
“La transcripción va avanzando a través del ADN y abre sus hebras de manera transitoria. Esa separación va generando el superenrollamiento. Es como cuando separas los hilos de una cuerda trenzada y la cuerda se enrolla sobre sí misma. La transcripción, a través del superenrollamiento, regula la organización tridimensional del ADN”, explica a SINC la investigadora del CRG y autora principal del estudio Vicky Neguembor.
La transcripción compacta el genoma de una manera indirecta pero eficiente, ayudando a diferentes regiones del genoma a comunicarse entre sí
Según el equipo, el descubrimiento de esta nueva fuerza puede tener futuras implicaciones para la comprensión de enfermedades genéticas como el síndrome de Cornelia de Lange, causado por mutaciones en genes que codifican las cohesinas o los reguladores de cohesinas. Los hallazgos también pueden ayudar a comprender mejor los trastornos del desarrollo relacionados con el plegamiento del ADN, así como abrir nuevas vías en la investigación de la fragilidad del genoma y el desarrollo del cáncer.
“Nuestro genoma es como un inmenso manual de instrucciones o como una biblioteca. Si la información no está bien organizada en el espacio, se vuelve inaccesible para que cada tipo de célula ‘lea’ los capítulos/libros que necesita para ejercer su función. Eso resulta obvio, pero lo que observamos es que también el lector o el bibliotecario (en este caso, la transcripción) contribuye a crear ese orden en el espacio”, añade la experta.
El superenrollamiento permite condensar dos metros de ADN en un espacio diminuto en cada célula humana. En ese estado condensado, el material genético –también conocido como cromatina– contiene muchos bucles que unen diferentes regiones del genoma, que normalmente estarían muy separadas.
Esta proximidad física es muy importante para transcribir el ADN en ARN que, a su vez, formará las proteínas. Por eso, los bucles de cromatina son un mecanismo biológico fundamental para la salud y las enfermedades humanas.
“El bucle de cromatina es lo que permite que las células individuales activen y desactiven información diferente. Por lo que, por ejemplo, una neurona o una célula muscular con la misma información genómica se comporta de una manera tan diferente. Los bucles también son una de las formas en que el genoma se compacta para encajar en el núcleo”, explica Neguembor.
Nuestro genoma es como un inmenso manual de instrucciones o como una biblioteca. Si la información no está bien organizada en el espacio, se vuelve inaccesible para que cada tipo de célula ‘lea’ los capítulos o libros que necesita para ejercer su función
“El proceso biológico de la transcripción tiene un papel adicional más allá de su tarea fundamental de crear ARN que eventualmente se convierte en proteínas. La transcripción compacta el genoma de una manera indirecta pero eficiente, lo que ayuda a diferentes regiones del genoma comunicarse entre sí”, añade la autora.
Para poder estudiar la forma real de los bucles de ADN, el equipo utilizó un tipo especial de microscopía que usa láseres de alta potencia en condiciones químicas específicas para rastrear el parpadeo de moléculas fluorescentes. Gracias a esta técnica, que es diez veces más poderosa que la microscopía convencional, los investigadores pudieron identificar los bucles y las cohesinas que mantienen unida la estructura dentro de las células.
Referencia:
Neguembor et al., 2021, Molecular Cell 81, 1–17 https://doi.org/10.1016/j.molcel.2021.06.009
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