Un elaborado sistema de filamentos, dinámica de gotas líquidas y conectores de proteínas permite la reparación de parte del ADN dañado en los núcleos de las células, descubrieron investigadores de la Universidad de Toronto. Los hallazgos desafían aún más la creencia de que el ADN roto flota sin rumbo fijo, ydestacar el valor de la investigación interdisciplinaria en biología y física.
La reparación del ADN ayuda a asegurar la estabilidad del genoma, lo que a su vez permite que las células funcionen y promueve la salud en todos los organismos. Las roturas de ADN de doble hebra son especialmente tóxicas para las células, y los investigadores habían asumido durante décadas que estas roturas flotaban dentro de los núcleos celulares sin dirección.hasta que desencadenan otros cambios celulares o suceden en un mecanismo de fijación.
Ese pensamiento comenzó a cambiar en 2015, cuando Karim Mekhail y su laboratorio demostraron que el ADN dañado puede ser transportado intencionalmente por 'ambulancias' de proteínas motoras a 'hospitales' de ADN, áreas enriquecidas con ciertos factores de reparación en los núcleos. Los investigadores trabajaron más tardecon los ingenieros aeroespaciales de U of T para demostrar que después de una sola rotura de doble hebra, el ADN viaja para su reparación a través de largas 'autobahns' de microtúbulos en forma de hilo, que también se mueven
En el estudio actual, Mekhail y la autora principal Roxanne Oshidari observaron las células de levadura con muchas roturas de doble hebra de ADN y demostraron que la coordinación entre tipos más cortos de filamentos de microtúbulos y gotitas líquidas compuestas de proteínas de reparación de ADN permite la creación y funciónde un centro de reparación de ADN.
"Las gotas de líquido funcionan con microtúbulos intranucleares para promover la agrupación de sitios de ADN dañados", dice Mekhail, profesor asociado de medicina de laboratorio y patobiología en la Universidad de Texas. "Las proteínas de reparación en estos diferentes sitios se ensamblan en gotas que se fusionan en unagota de centro de reparación más grande, a través de la acción de los microtúbulos nucleares más cortos. "
Esta gota de aceite más grande se comporta como una araña, dice Mekhail, disparando una red de filamentos en forma de estrella que se unen a las autopistas más largas a lo largo de las cuales el ADN dañado puede transportarse a los hospitales de ADN.
La revista Comunicaciones de la naturaleza publicó los hallazgos hoy.
Mekhail se dirigió a Nasser Ashgriz, profesor del departamento de ingeniería mecánica e industrial de la Universidad de Texas, para medir y comprender el papel de las gotas en el proceso de reparación. "No se puede pedir una mejor experiencia en dinámica de fluidos, y él estabajusto al otro lado de la calle ", dice Mekhail sobre Ashgriz, quien dirige el laboratorio de sistemas de flujo y pulverización multifásico de U of T.
Mekhail le llevó un video de las gotas a Ashgriz, quien lo proyectó en una pantalla grande en su oficina y confirmó que la dinámica de fluidos parecía estar en juego. Pero la comunicación a través de la división biología-física fue un desafío ".muy difícil al principio porque nuestras terminologías son totalmente diferentes ", dice Ashgriz.
Cuando él y Mekhail usaron un lenguaje sencillo para describir cómo se comportaban las gotas, sin embargo, las cosas empezaron a tener sentido. "Nos enfocamos en los aspectos físicos de las gotas", dice Ashgriz. "La física que causa su movimiento y dinámica se convirtió en nuestralenguaje común."
Después de meses de charlas y experimentos, las simulaciones por computadora predijeron repetidamente que los filamentos más cortos se moverían como pistones, reduciendo la presión en el nucleoplasma y creando un efecto de succión que conduce a la fusión de gotitas. Mekhail y su equipo confirmaron ese hallazgo en su laboratorio.
"A menudo, cuando profundizamos en los aspectos específicos de un campo, nos separamos unos de otros", dice Ashgriz. "Reunir a personas con diferentes puntos de vista puede mejorar realmente la comprensión, y este trabajo fue un buen ejemplo, con el mérito deKarim por su visión e iniciativa. "
Mekhail y su equipo también descubrieron otras propiedades importantes de las gotas de reparación con los profesores de U of T Hyun Kate Lee y Haley Wyatt en el departamento de bioquímica, en un proceso que Mekhail compara con jugar con juguetes. Pasaron las gotas a través de muchas pruebas,haciéndolos rebotar entre sí y observando su comportamiento, que resultó ser muy similar en una placa de Petri y en las células.
El hallazgo más sorprendente se produjo después de varios ciclos de fusión de gotas, encontraron los investigadores. "Fue muy extraño y totalmente inesperado, todavía recuerdo el día", dice Mekhail. Oshidari observó que las gotas más grandes inician una concentración interna de formación de filamentosbloques, lo que obliga a la creación de una especie de camino de ladrillos entrelazados que, junto con las telarañas, permiten que el ADN se enganche en los filamentos más largos de la autopista.
El proceso complejo es fácil de pasar por alto cuando se observan los sitios de daño en el ADN, dice Mekhail, en gran parte porque las imágenes en el campo se han vuelto altamente automatizadas. La mayor parte del software se ha configurado para ver lo que ya se ha visto. "No podemos confiarsobre las viejas formas de observación ", dice." Necesitamos actualizar nuestro software y también volver a mirar con el ojo humano, guiados por simulaciones cuando sea necesario ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Toronto . Original escrito por Jim Oldfield. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
Referencia de la revista :
cite esta página :