Al estudiar la estructura tridimensional de las proteínas unidas al ADN en microbios llamados arqueas, los investigadores han encontrado sorprendentes similitudes con el empaquetamiento del ADN en organismos más complicados. "Si nos fijamos en lo esencial, es idéntico", dice Howard Hughes MedicalLa investigadora del Instituto Karolin Luger, bióloga estructural y bioquímica de la Universidad de Colorado Boulder, "me deja boquiabierto".
El plegamiento de ADN arqueológico, reportado el 10 de agosto ciencia , insinúa los orígenes evolutivos del plegamiento del genoma, un proceso que implica doblar el ADN y uno que se conserva notablemente en todos los eucariotas organismos que tienen un núcleo definido rodeado por una membrana. Al igual que Eukarya y Bacteria, Archaea representa uno de lostres dominios de la vida. Pero se cree que Archaea incluye a los parientes vivos más cercanos a un ancestro antiguo que primero tuvo la idea de doblar el ADN.
Los científicos saben desde hace mucho tiempo que las células de todos los eucariotas, desde los peces hasta los árboles y las personas, empaquetan el ADN exactamente de la misma manera. Las cadenas de ADN se enrollan alrededor de un "disco de hockey" compuesto por ocho proteínas histonas, formando lo que se llama un nucleosoma.están unidos en una cadena de ADN, formando una estructura de "cuentas en una cadena". La conservación universal de este collar genético plantea la cuestión de su origen.
Si todos los eucariotas tienen el mismo estilo de flexión de ADN, "entonces debe haber evolucionado en un antepasado común", dice el coautor del estudio John Reeve, un microbiólogo de la Universidad Estatal de Ohio. "Pero lo que ese antepasado era, es una pregunta de nadiepreguntó."
El trabajo anterior de Reeve había revelado las proteínas de histona en las células de las arqueas. Pero las arqueas son procariotas microorganismos sin un núcleo definido, por lo que no estaba claro qué estaban haciendo esas proteínas de histona. Al examinar la estructura detallada de un cristalque contenía ADN unido a histonas arqueales, el nuevo estudio revela exactamente cómo funciona el empaquetamiento de ADN.
Luger y sus colegas querían hacer cristales del complejo histona-ADN en Methanothermus fervidus , una especie arqueológica amante del calor. Luego, querían bombardear los cristales con rayos X. Esta técnica, llamada cristalografía de rayos X, proporciona información precisa sobre la posición de cada uno de los aminoácidos y nucleótidos en las moléculas que están siendoestudiado. Pero hacer crecer los cristales fue complicado las histonas se adherirían a cualquier tramo de ADN dado, lo que dificultaría la creación de estructuras consistentes de histona-ADN, y dar sentido a los datos que podrían obtener no fue tarea fácil ".problema cristalográfico muy retorcido ", dice Luger.
Sin embargo, Luger y sus colegas persistieron. La investigadora postdoctoral Sudipta Bhattacharyya "venció esto con todo lo que pudo", dice Luger, y finalmente resolvió la estructura. Los investigadores revelaron que a pesar de usar un solo tipo de histona y no cuatro como los eucariotas, las arqueas estaban doblando el ADN de una manera muy familiar, creando el mismo tipo de curvas que las que se encuentran en los nucleosomas eucariotas.
Pero también hubo diferencias. En lugar de cuentas individuales en una cuerda, el ADN arqueal formó un superhelix largo, una sola curva grande de hebras de ADN ya retorcidas. "En Archaea, tienes un solo bloque de construcción", dice Luger"No hay nada que lo detenga. Es casi como si fuera un nucleosoma continuo, realmente".
Resulta que esta formación de superhelix es importante. Cuando la investigadora postdoctoral Francesca Mattiroli, junto con el laboratorio de Santangelo, creó mutaciones que interferían con esta estructura, las células tenían problemas para crecer en condiciones estresantes. Además, las células parecían noestar usando un conjunto de sus genes correctamente. "Está claro con estas mutaciones que no pueden formar estos tramos", dice Mattiroli, de la Universidad de Colorado Boulder.
Los resultados sugieren que el plegamiento del ADN arqueológico es un prototipo temprano del nucleosoma eucariota. "No creo que haya ninguna duda de que es ancestral", dice Reeve.
Sin embargo, quedan muchas preguntas. Luger dice que le gustaría buscar el eslabón perdido, una estructura similar a un nucleosoma que cierra la brecha entre el simple pliegue arqueal y el complejo nucleosoma que se encuentra en los eucariotas, que puede empacar una gran cantidadde ADN en un espacio pequeño y regular el comportamiento de los genes de muchas maneras. "¿Cómo llegamos de aquí para allá?", pregunta.
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Materiales proporcionados por Instituto Médico Howard Hughes . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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