Investigadores del Instituto Stowers de Investigación Médica han resuelto la estructura tridimensional de un complejo que es esencial para la correcta clasificación de los cromosomas en óvulos y espermatozoides durante la división o meiosis de las células reproductivas.
Cuando esta estructura, llamada complejo sinaptonemal, no se ensambla correctamente en la célula, puede provocar anomalías cromosómicas, abortos espontáneos y defectos de nacimiento.
Desde que se descubrió el complejo sinaptonemal por primera vez en 1956, los investigadores han estado tratando de identificar sus muchas partes móviles y cómo encajan entre sí. Sus esfuerzos han estado limitados por las leyes de la física: la estructura es demasiado pequeña para ser visualizada incluso por ella mayoría de los microscopios de alta potencia.
Ahora, los investigadores de Stowers, incluidos Cori Cahoon, Zulin Yu, Ph.D. y Yongfu Wang, Ph.D., se han casado con dos técnicas avanzadas de microscopía: una que amplía las muestras a varias veces su tamaño original y otra que usacomputadoras para capturar lo que el ojo humano no puede ver, para representar la semejanza de esta estructura enigmática. Sus hallazgos, publicados en la edición temprana en línea del 31 de julio de 2017 Actas de la Academia Nacional de Ciencias , no fueron para nada lo que esperaban
"La estructura era mucho más complicada y hermosa de lo que imaginamos", dice R. Scott Hawley, Ph.D., investigador del Instituto Stowers y autor principal del estudio. "Pensamos que parecía unvía férrea, pero descubrimos que en realidad es más como dos vías de ferrocarril, una encima de la otra. Eso cambia la forma en que pensamos sobre esta estructura y lo que hace ".
En la meiosis, la célula copia todos sus cromosomas, los empareja y luego los divide en óvulos o esperma. Este proceso cuidadosamente coreografiado es ayudado por el complejo sinaptonemal, un conjunto de proteínas que se forma entre los cromosomas homólogos emparejados y mantienecorrectamente alineados y en posición. Los errores durante la meiosis son una causa principal de abortos involuntarios en humanos.
Durante décadas, los investigadores que trabajan en levaduras, moscas, gusanos e incluso algunos mamíferos han tratado de observar de cerca la estructura del complejo sinaptonemal conservado evolutivamente. Luego, el año pasado, Yu y Wang, investigadores en las instalaciones de microscopía e histología de Stowers,respectivamente, se enteraron de una nueva técnica llamada microscopía de expansión que permite visualizar estructuras con precisión a nanoescala. Se pusieron en contacto con Cahoon, un investigador predoctoral en el laboratorio de Hawley que estaba estudiando el complejo sinaptonemal, y sugirieron que lo probaran.
"Estaba dispuesta a arriesgarse y hacer los experimentos, a pesar de que eran riesgosos. Valió la pena", dice Hawley. "Lo que lograron fue un tour de force técnico".
Primero, el equipo recolectó muestras del complejo sinaptonemal de los ovarios disecados de la mosca de la fruta. Embebieron estas muestras en un tipo especial de gel, agregaron líquido y observaron cómo las muestras se multiplicaban por cuatro. Luego, los investigadores estudiaron las muestras de gran tamaño utilizandola técnica de súper resolución llamada microscopía de iluminación estructurada.
Lo que encontraron fue sorprendente: la estructura estaba dividida en dos capas idénticas, que habían sido indistinguibles en una resolución más baja. Básicamente, el complejo sinaptonemal conecta dos cromosomas homólogos, cada uno con dos cromátidas hermanas apiladas entre sí. Los investigadores mostraron que estoEl complejo utiliza un enfoque de dos niveles para conectar las dos cromátidas superiores y las dos cromátidas inferiores por separado. Crearon un modelo informático de la estructura que muestra bobinas de ADN conectadas por dos conjuntos de vías de ferrocarril, que están formadas por las cuatro proteínas conocidas queson parte del complejo sinaptonemal. Aunque en este estudio los investigadores analizaron solo cuatro proteínas, muchas más proteínas desconocidas probablemente también residen en la estructura, por lo que aún hay más detalles para completar.
"Esta fue una idea realmente increíble, un salto técnico utilizando esta nueva metodología de microscopía de expansión y fusionándola con iluminación estructurada para crear una forma de ver una estructura que no se ha resuelto antes", dice Hawley. "podemos aprender mucho más. Cuanto más nos sumergimos en la estructura, cuanto más complejidad vemos, más sorprendente se vuelve la estructura. La estructura proporciona mucha información sobre la función ".
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Materiales proporcionado por Instituto Stowers de Investigación Médica . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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