El análisis matemático ha llevado a los investigadores en Japón a una fórmula que puede describir el movimiento del ADN dentro de las células humanas vivas. Mediante estos cálculos, los investigadores pueden revelar la arquitectura 3D del genoma humano. En el futuro, estos resultados pueden permitirLos científicos deben comprender en detalle cómo el ADN es organizado y accedido por la maquinaria celular esencial.
Las técnicas anteriores de estudio de la arquitectura del genoma se han basado en métodos que requieren matar las células. Este proyecto de investigación, en el que participaron colaboradores de múltiples institutos en Japón, utilizó técnicas alternativas de biología molecular y celular para mantener las células vivas y recopilar datos sobre el movimiento naturalde ADN.
El ADN a menudo se considera un código estable y estático, pero el genoma en su conjunto es en realidad una molécula activa que se mueve y cambia de forma. Actualmente, los científicos pueden secuenciar todo el código básico de ADN, pero conociendo el 3D a mayor escalala arquitectura del genoma revelaría más información sobre cómo las células usan el código.
Mientras la célula está creciendo, el ADN se almacena como un carrete de cuerda desenredado; ciertas porciones euchromatina se enrollan más flojamente y, por lo tanto, son accesibles para la maquinaria celular que convierte el ADN en proteína, que otras áreas que se mantienen firmemente enrolladas heterocromatina. Cuando la célula se prepara para dividirse por la mitad durante la división celular, empaqueta toda la cromatina en cromosomas en forma de X con heridas apretadas.
"Nuestros cálculos consideran las dimensiones fractales del ADN, que muestra cuán densamente está empaquetado el ADN dentro de la célula. La forma en que está empaquetado el ADN puede indicar cómo la célula usa ciertos genes", dijo Soya Shinkai, PhD, Profesor Asistente enUniversidad de Hiroshima y primer autor del trabajo de investigación.
A lo largo de la "cadena" de cromatina hay "cuentas" en forma de barril regularmente espaciadas de complejos de ADN-proteína llamados nucleosomas. Los investigadores rastrearon el movimiento de los nucleosomas alrededor de la célula para comprender dónde y cómo se almacena la cromatina.
Los investigadores etiquetaron los nucleosomas con etiquetas fluorescentes y tomaron imágenes de microscopía durante la fase de crecimiento de las células humanas. Luego usaron teorías de la física de polímeros para cuantificar el movimiento de los nucleosomas.
"Cada segundo, un nucleosoma de 10 nanómetros puede mover 100 nanómetros. Las fuerzas aleatorias sutiles constantes dentro de la célula hacen que la cromatina se mueva tanto", dijo Shinkai.
Antes de que una célula pueda usar un gen, el ADN debe estar completamente desenrollado. Las áreas de cromatina que contienen genes de uso frecuente están menos apretadas que las áreas de cromatina con genes de uso poco frecuente. Un modelo para visualizar cómo se empaqueta la cromatina dentro de la célula podría permitirinvestigadores para comprender a qué genes se accede con mayor o menor frecuencia y cómo se organiza físicamente el genoma.
"Nuestros cálculos son relevantes para las estructuras de cromatina locales, pero este método también podría extenderse a cromosomas completos. Estas fórmulas matemáticas son una teoría sobre cómo interpretar los datos visuales de las imágenes de microscopio de ADN que se mueven dentro de la célula", dijo Yuichi Togashi, PhD, Profesor Asociado en la Universidad de Hiroshima y último autor del trabajo de investigación.
Los proyectos de investigación futuros incluirán la búsqueda de nuevas técnicas de microscopía y etiquetado de ADN para rastrear visualmente el movimiento de nucleosomas individuales durante períodos de tiempo más largos.
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Materiales proporcionados por Universidad de Hiroshima . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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