Las proteínas juegan un papel importante en la regulación del ADN, pero un nuevo estudio encuentra que las moléculas de ADN interactúan directamente entre sí de una manera que depende de la secuencia del ADN y los factores epigenéticos. Esto podría tener implicaciones sobre cómo se organiza el ADN en elcélulas e incluso cómo los genes están regulados en diferentes tipos de células, dicen los investigadores.
Dirigido por Aleksei Aksimentiev, profesor de física en la Universidad de Illinois, y Taekjip Ha, profesor de biofísica y química biofísica en la Universidad Johns Hopkins y adjunto en el Centro de Física de Células Vivas de la Universidad de Illinois junto con Aksimentiev, los investigadores publicaron su trabajo en la revista Comunicaciones de la naturaleza .
"Todavía estamos comenzando a explorar las propiedades físicas del ADN. No es solo una cadena de letras", dijo Aksimentiev. "Es una molécula compleja con características únicas. La hipótesis predominante es que todo lo que sucede dentro del núcleo, ella forma en que se organiza el ADN, es todo el trabajo de las proteínas. Lo que mostramos es que las interacciones directas de ADN-ADN también pueden desempeñar un papel en la organización cromosómica a gran escala ".
Utilizando la supercomputadora Blue Waters en el Centro Nacional de Aplicaciones de Supercomputación en el campus de Illinois, Aksimentiev y el investigador postdoctoral Jejoong Yoo realizaron simulaciones detalladas de dos moléculas de ADN que interactúan en una solución cargada como la que se encuentra en la célula. La supercomputadora les permitiómapean cada átomo individual y su comportamiento, y miden las fuerzas entre las moléculas. Descubrieron que, aunque las moléculas de ADN tienden a repelerse entre sí en el agua, en un entorno similar a una célula, dos moléculas de ADN pueden interactuar de acuerdo con sus respectivas secuencias.
"En el alfabeto de ADN, hay A, T, G y C. Descubrimos que cuando una secuencia es rica en A y T, hay una atracción más fuerte", dijo Aksimentiev. "Luego observamos lo que realmente la causaa nivel molecular. Nos gusta pensar que el ADN es una buena hélice simétrica, pero en realidad hay una línea de protuberancias que son grupos metilo, que encontramos son la clave para regular esta atracción dependiente de la secuencia ".
Uno de los procesos para regular la expresión génica es la metilación, que agrega grupos metilo a la hélice del ADN. En otras simulaciones, los investigadores descubrieron que los grupos metilo fortalecen la atracción, por lo que las secuencias pesadas en G y C con grupos metilo unidos interactuarántan fuertemente como las secuencias ricas en A y T.
"La clave es la presencia de partículas cargadas en la solución", dijo Aksimentiev. "Digamos que hay dos personas que no se caen bien, pero a mí me gustan ambas, así que puedo estrecharles la mano a ambas yacercarlos. Los contraiones funcionan exactamente así. La fuerza de la forma en que unen las moléculas de ADN depende de cuántas de ellas hay entre las moléculas. Cuando tenemos estos golpes, tenemos muchos contraiones ".
Ha y el investigador graduado Hajin Kim verificaron experimentalmente los hallazgos de las simulaciones. Utilizando técnicas avanzadas de imagen de una sola molécula, aislaron dos moléculas de ADN dentro de una pequeña burbuja, luego observaron para ver cómo interactuaban las moléculas. Los experimentos coincidieron bien con los datosde las simulaciones, tanto para las interacciones dependientes de la secuencia como para las interacciones entre el ADN metilado.
"Fue maravilloso ver las predicciones computacionales confirmadas exactamente en nuestros experimentos", dijo Ha. "Nos dice cuán precisas son las simulaciones a nivel atómico y muestra que pueden guiar nuevas vías de investigación".
Los investigadores afirman que las interacciones observadas entre las moléculas de ADN podrían desempeñar un papel en cómo se organizan los cromosomas en la célula y cuáles se expanden o pliegan de manera compacta, determinando las funciones de los diferentes tipos de células o regulando el ciclo celular.
"Por ejemplo, una vez que metila el ADN, el cromosoma se vuelve más compacto. Evita que la maquinaria celular acceda al ADN", dijo Aksimentiev. "Es una forma de saber qué genes están activados y cuáles están desactivados. Esto podríaser parte de la gran pregunta de cómo están organizados los cromosomas y cómo los mecanismos organizacionales pueden afectar la expresión génica ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Illinois en Urbana-Champaign . Original escrito por Liz Ahlberg. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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