La transcripción génica es el proceso mediante el cual el ADN se copia y sintetiza como ARN mensajero ARNm, que entrega sus planos genéticos a la maquinaria de producción de proteínas de la célula.
Ahora los investigadores del MIT y el Instituto Médico Howard Hughes HHMI han identificado un fenómeno oculto y efímero en las células que puede desempeñar un papel importante en el inicio de la producción de ARNm y la regulación de la transcripción génica.
en un artículo publicado en la revista en línea eLife , los investigadores informan que utilizan una nueva técnica de imagen de súper resolución que han desarrollado, para ver moléculas individuales de ARNm que salen de un gen en una célula viva. Utilizando esta misma técnica, observaron que, justo antes de la aparición del ARNm, la enzimaLa ARN polimerasa II Pol II se reúne en grupos en el mismo gen durante unos breves segundos antes de separarse.
Cuando los investigadores manipularon los grupos de enzimas de tal manera que permanecieron juntos durante períodos más largos de tiempo, descubrieron que el gen producía proporcionalmente más moléculas de ARNm. Los grupos de Pol II, por lo tanto, pueden jugar un papel central en la activación de la producción de ARNm ycontrolando la transcripción de genes.
Ibrahim Cisse, profesor asistente de física en el MIT, explica que debido a su naturaleza transitoria, los grupos de enzimas se han considerado en gran medida como un misterio, y los científicos han cuestionado si dicho agrupamiento es intencional o meramente una coincidencia. Estos nuevos resultados, dice,sugieren que, aunque de corta duración, la agrupación de enzimas puede tener un impacto significativo en los principales procesos biológicos.
"Creemos que estos grupos débiles y transitorios son una forma fundamental para que la célula controle la expresión génica", dice Cisse, quien es el autor principal del artículo. "Si una pequeña mutación cambia la vida del grupo muy ligeramente, eso también puedecambiar la expresión génica de una manera importante. Parece ser una perilla muy sensible que la célula puede sintonizar "
Además, Cisse dice que los científicos ahora pueden explorar los grupos Pol II como objetivos para "detener o inducir una explosión de transcripción" y controlar la expresión de ciertos genes, para explorar medicamentos contra el cáncer y otras terapias genéticas.
Los coautores del artículo incluyen a Won-Ki Cho, autor principal y postdoctorado en el Departamento de Física; Namrata Jayanth y Jan-Henrik Spille, también posdoctorados en física; Takuma Inoue y J. Owen Andrews, estudiantes graduados en física; yWilliam Conway, un estudiante universitario en física y biología; así como investigadores del Campus de Investigación Janelia del HHMI: Brian English, Jonathan Grimm, Luke Lavis y Timothee Lionnet, quien también es coautor principal de Cisse.
Imágenes a súper resolución
Las enzimas Pol II solo se agrupan durante períodos de tiempo muy cortos, del orden de varios segundos. Estos grupos también son extremadamente pequeños, en la escala de 100 nanómetros de ancho. Debido a que son tan pequeños y fugaces, los grupos Pol II yOtras interacciones débiles y transitorias se han ocultado en gran medida de la vista, esencialmente invisibles para las técnicas de imagen convencionales.
Para ver estas interacciones, Cisse y sus colegas desarrollaron una técnica de imagen de súper resolución para visualizar procesos celulares a nivel de molécula única. La técnica del equipo se basa en dos métodos de súper resolución existentes: microscopía de localización por fotoactivación PALMy microscopía estocástica de reconstrucción óptica STORM. Ambas técnicas implican etiquetar moléculas de interés e iluminarlas una por una para determinar dónde está cada molécula en el espacio. Los científicos pueden fusionar la posición de cada molécula para crear una imagen de súper resolución de la región celular.
Aunque increíblemente precisas, estas técnicas de imagen se basan en la suposición de que cada molécula permanece estacionaria. Las moléculas que van y vienen, y se agrupan y dispersan rápidamente, son difíciles de rastrear. Para atrapar los grupos Pol II en acción, Cissé y su equipo modificaron los existentesTécnicas de imagen de súper resolución, que analizan no solo la posición de una sola enzima, sino también la frecuencia con la que se detectaron las moléculas. Cuanto mayor es la frecuencia de detección, mayor es la probabilidad de que se haya formado un grupo.
El equipo aplicó su técnica a las celdas de imagen, usando una cámara que grabó un cuadro cada 50 milisegundos, corriendo continuamente por hasta 10,000 cuadros.
Una vida transitoria
Luego crearon una línea celular que incluía una etiqueta fluorescente brillante para ARNm, así como una etiqueta fluorescente de un color diferente para las enzimas Pol II. El equipo aplicó su técnica de súper resolución para obtener imágenes de un gen particular dentro de la célula, llamadobeta-actina, que se ha caracterizado ampliamente.En experimentos con células vivas, los investigadores observaron que, mientras las moléculas de ARNm transcritas previamente se iluminaban en el gen, aparecieron nuevos grupos de Pol II en el mismo gen, durante aproximadamente 8 segundos, antes de desarmarse.
A partir de estos experimentos, el grupo no estaba seguro de si los grupos tenían algún impacto en la producción de ARNm, ya que el tiempo que lleva desde el inicio de la transcripción hasta la producción completa de ARNm lleva mucho más tiempo, aproximadamente 2.5 minutos. Podría un grupo, que aparece solo por una fracción de ese tiempo, ¿tiene algún efecto sobre el ARNm?
Para responder a esta pregunta, el equipo estimuló las células con un cóctel químico que sabían que afectaría la transcripción génica y la producción de ARNm. En estas células, descubrieron que, justo antes de que apareciera el pico de ARNm, se formaron grupos en el gen y realmente permanecieronestable por hasta 24 segundos: un aumento de cuatro veces en la vida útil típica de un clúster. Además, el número de ARNm aumentó en una cantidad similar.
Después de repetir el experimento en 207 células vivas, el equipo descubrió que la vida útil de los grupos Pol II estaba directamente relacionada con la cantidad de ARNm producido a partir del mismo gen.
Cisse especula que quizás las agrupaciones de Pol II actúen como un impulsor eficiente de la transcripción génica, acelerando un proceso de otra manera ineficiente.
"Tiene sentido que no desee un proceso de iniciación eficiente, porque no desea activar aleatoriamente ningún gen solo porque hubo una colisión aleatoria", dice Cisse. "Pero también desea tener una maneracambiar el inicio de un proceso ineficiente a uno eficiente, por ejemplo, cuando se quiere expresar un gen en respuesta a algunos estímulos ambientales. Creemos que estos grupos transitorios son probablemente la forma en que la célula puede hacer que el inicio de la transcripción sea eficiente ".
A continuación, Cisse planea seguir sus estudios sobre los conglomerados de Pol II para determinar cuáles son las fuerzas que los mantienen unidos, así como cómo se forman y si otros factores moleculares se agrupan con efectos similares.
"Sospecho que hay nuevos fenómenos biofísicos que provienen de interacciones débiles y transitorias", dice Cisse. "Esta es un área poco explorada en biología, y debido a que las interacciones son tan escurridizas, entendemos muy poco acerca de cómo ocurren los procesos reguladores dentro de uncelula viva."
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Jennifer Chu. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :