Las moléculas de la vida están retorcidas. Pero cómo esas hebras familiares en la doble hélice del ADN logran replicarse sin enredarse ha sido difícil de descifrar. Una nueva perspectiva de los físicos de Cornell está ayudando a desentrañar el misterio.
Los investigadores abordaron el problema desde una perspectiva topológica y se preguntaron qué impacto tiene la forma de la hélice en la replicación del ADN. Usando eucariotas, que comprenden la gran mayoría de los seres vivos, como su sistema modelo, encontraron que las propiedades mecánicas intrínsecas dela cromatina un complejo de ADN y proteínas determina cómo se entrelazarán las fibras de cromatina.
Esta topología es crucial para la separación exitosa del ADN recién replicado: si las fibras se retuercen demasiado y demasiado pronto, las moléculas no pueden segregarse adecuadamente durante la división celular.
"Esta investigación destaca la importancia de los principios físicos en los procesos biológicos fundamentales", dijo la autora principal Michelle Wang, profesora de física en la Facultad de Artes y Ciencias e investigadora del Instituto Médico Howard Hughes.
El artículo, "Coordinación sinérgica de la mecánica torsional de la cromatina y la actividad de la topoisomerasa", publicado el 17 de octubre en celda .
Durante la replicación del ADN, a medida que un replisoma divide dos hebras de ADN y avanza, el ADN también debe girar alrededor del eje helicoidal. Esto somete al ADN a una gran tensión de torsión, que luego da como resultado un giro adicional en el ADN..
La pregunta: ¿A dónde va el giro adicional? Si el giro adicional va solo al frente del replisoma, las dos moléculas de ADN hijas no se enredarán, por lo que pueden separarse. Sin embargo, si el giro adicional va ala parte posterior del replisoma, entonces las dos moléculas de ADN hijas se enredarían y no podrían separarse. Esto crearía un problema importante para la segregación cromosómica durante la división celular, lo que podría dañar el ADN y provocar la muerte celular o cáncer.
Los investigadores encontraron que torcer una sola fibra de cromatina es mucho más fácil que torcer una doble fibra. Esto significa que el giro adicional irá preferentemente al frente, minimizando así el entrelazamiento de las dos moléculas de ADN hijas.
"Aunque la cromatina normalmente se considera un obstáculo para la replicación", dijo Wang, "nuestros resultados muestran que la cromatina también simplifica la topología de replicación y, por lo tanto, facilita la dinámica de replicación. Creemos que esto es bastante notable".
En un experimento separado, los investigadores encontraron que una enzima que desenreda el ADN topoisomerasa II prefiere fuertemente la fibra de cromatina única en el frente. La mecánica de la cromatina y la actividad de la topoisomerasa parecen coordinarse de manera sinérgica para reducir el entrelazamiento de la cadena hija.
Para comprender cómo se comporta mecánicamente la cromatina, los investigadores tuvieron que crear nuevas formas de manipularla. No se había intentado anteriormente crear un sustrato de fibras de cromatina trenzadas debido a la complejidad de la tarea. Wang y su equipo utilizaron eltrampa óptica que su grupo desarrolló previamente, así como otros métodos para crear y trabajar con sustratos de fibra de cromatina simple y trenzada, lo que les permite examinar sus propiedades mecánicas de torsión.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Cornell . Original escrito por Linda B. Glaser. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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