Los científicos han revelado por primera vez los pasos moleculares que activan los genes patógenos de las bacterias. Usando una serie de técnicas de imágenes de rayos X de alta potencia, los investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía Berkeley Lab demostraron que la histonaLas proteínas similares a las que se unen al ADN están relacionadas con la torsión física de la hebra genética, y que el superenrollamiento del cromosoma puede desencadenar la expresión de genes que hacen que un microbio sea invasivo.
El estudio, que se publicará el 29 de julio en la revista avances científicos , podría abrir nuevas vías en el desarrollo de medicamentos para prevenir o tratar la infección bacteriana, dijeron los autores del estudio.
Los investigadores observaron cómo se enrollan firmemente las hebras largas de ADN, una necesidad para que quepan en espacios compactos. Para los eucariotas, las hebras se envuelven alrededor de las proteínas histonas para que quepan dentro de un núcleo. Para los procariotas unicelulares, que incluyenbacterias, las proteínas HU sirven como histonas y los cromosomas se agrupan en el nucleoide, que carece de membrana.
Cuando los giros y vueltas normales de la compactación del ADN se convierten en superenrollamiento, pueden comenzar los problemas.
"Se ha sabido que el superenrollamiento del ADN conduce a la patogenicidad en las bacterias, pero exactamente cómo se condensa, organiza y finalmente segrega el cromosoma bacteriano ha sido un enigma durante más de medio siglo", dijo el autor principal del estudio, Michal Hammel, científico investigadoren la División de Biofísica Molecular y Bioimagen Integrada de Berkeley Lab. "Lo que hicimos por primera vez fue visualizar en E. coli cómo se realiza este empaquetamiento, y también descubrimos que la forma en que las proteínas HU empacan los cromosomas puede desencadenar la expresión génica. Eso es nuevo ".
Capturando HU en acción
Elucidar estos mecanismos moleculares implicó obtener imágenes de proteínas HU en diferentes resoluciones y etapas utilizando dos líneas de luz en la fuente de luz avanzada de Berkeley Lab, una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE. La línea de luz SIBYLS Biología Estructuralmente Integrada para Ciencias de la Vida, dirigida por el científico senior JohnTainer, combina cristalografía de rayos X y capacidades de dispersión de rayos X de ángulo pequeño SAXS. La cristalografía proporcionó detalles a nivel atómico de cómo las proteínas HU interactuaban con el ADN bacteriano, mientras que SAXS pudo mostrar cómo las proteínas HU se ensamblaron y afectaronlas hebras más largas de ADN en una solución.
Para tener una idea clara de cómo se manifiesta esa torsión y empaquetamiento a nivel celular, Hammel se asoció con la científica de la facultad de Berkeley Lab Carolyn Larabell, directora del Centro Nacional de Tomografía de Rayos X NCXT, también con sede en Advanced LightFuente.
"Necesitábamos la interacción de estas diferentes técnicas para obtener una imagen general de cómo las interacciones HU con el ADN estaban afectando a las bacterias", agregó Larabell, quien también es profesor de anatomía en UC San Francisco. "Con tomografía de rayos X, podemos ver el contraste natural en el material orgánico lo más cercano posible a un estado vivo, y podemos proporcionar comparaciones cuantitativas de cuán compactados estaban los cromosomas en cepas patógenas y normales de E. coli . "
Larabell calculó que el material genético en el patógeno E. coli está tan apretado que consume menos de la mitad del volumen en comparación con su contraparte no mutante.
Un objetivo para controlar la patogénesis
Antes de este artículo, se creía que la enzima topoisomerasa era el principal impulsor del enrollamiento del ADN en las bacterias. Este nuevo estudio muestra que, independientemente de la topoisomerasa, cambiar el ensamblaje de las proteínas HU era suficiente para inducir cambios en el enrollamiento del ADN en diferentesetapas de crecimiento bacteriano.
"Lo notable de las proteínas HU como desencadenante de la expresión génica es que es rápido", dijo Hammel. "Esto tiene sentido como mecanismo de supervivencia para las bacterias, que necesitan adaptarse rápidamente a diferentes entornos".
Los resultados del estudio también plantean la pregunta: si se puede activar la patogenicidad, ¿podría también desactivarse?
"Ciertamente esperamos responder a esa pregunta en estudios futuros", dijo Hammel. "Estas interacciones HU podrían ser un objetivo atractivo para los medicamentos que controlan la patogénesis, no solo de bacterias, sino de otros microbios con estructuras genéticas comparables".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por DOE / Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
Referencia de la revista :
cite esta página :