Enclavado en lo profundo de cada una de sus células está lo que parece un truco de magia: seis pies de ADN se empaquetan en un espacio diminuto 50 veces más pequeño que el ancho de un cabello humano. Como una larga y delgada cadena de espagueti genético, este ADNEl plano para todo el cuerpo está doblado, retorcido y compactado para encajar en el núcleo de cada célula.
Ahora, los investigadores de Caltech han demostrado cómo las células organizan el genoma aparentemente inmenso de una manera inteligente para que puedan encontrar y acceder a genes importantes de manera conveniente. Comprender la delicada organización tridimensional del genoma es crucial, particularmente porque las alteraciones en la estructura del ADN tienense ha relacionado con ciertas enfermedades como el cáncer y el envejecimiento temprano. El mapeo y la identificación de alteraciones en la estructura nuclear pueden ayudar a encontrar soluciones a estas enfermedades.
El trabajo se realizó en el laboratorio de Mitchell Guttman, profesor asistente de biología e investigador del Heritage Medical Research Institute. Un artículo que describe la investigación aparece en la edición en línea del 7 de junio de la revista Celda .
Aunque la gran mayoría de las células en cada cuerpo humano contienen genomas idénticos, los diferentes tipos de células pueden tener diversas funciones porque los genes pueden expresarse en diferentes niveles; en otras palabras, pueden activarse o desactivarse. Por ejemplo, cuando una célula madre se está convirtiendo en una neurona, se produce una gran actividad en el núcleo para aumentar o disminuir los niveles de expresión génica. Estos niveles serían diferentes, por ejemplo, si la célula madre se convirtiera en una célula muscular o sila célula estaba tomando la decisión de autodestruirse.
Además del genoma, el núcleo también contiene estructuras llamadas cuerpos nucleares, que son como fábricas en miniatura en el núcleo que contienen una alta concentración de maquinaria celular que trabajan para realizar tareas similares, como activar conjuntos específicos de genes o modificarMoléculas de ARN para producir proteínas en la célula. Esta maquinaria celular necesita poder buscar eficientemente a través de seis pies de ADN - aproximadamente 20,000 genes totales, en mamíferos - para encontrar y controlar con precisión sus objetivos. Esto es posible porqueEl ADN está organizado en estructuras tridimensionales que hacen que ciertos genes sean más o menos accesibles.
En la nueva investigación, Guttman y su equipo describen un método para mapear tridimensionalmente cómo se organiza el ADN dentro del espacio del núcleo y cómo las regiones de los cromosomas interactúan entre sí y con los cuerpos nucleares. La técnica, denominada SPRITE Split-Pool Recognition of Interactions by Tag Extension, permite a los investigadores examinar grupos o "complejos" de moléculas dentro del núcleo para ver qué moléculas están interactuando entre sí y dónde se encuentran.
En la técnica, cada complejo en el núcleo recibe un código de barras molecular diferente, con todas las moléculas dentro de un solo complejo recibiendo el mismo código de barras. Luego, los complejos se pueden romper y analizar las moléculas. De esta manera, los científicos puedendetermine si dos o más moléculas estaban interactuando, dependiendo de si tenían el mismo código de barras.
Dirigido por la estudiante graduada Sofia Quinodoz, el equipo usó SPRITE para descubrir que los genes a través de diferentes cromosomas grandes estructuras plegadas de ADN se agrupan alrededor de cuerpos nucleares específicos. Específicamente, los genes inactivos, aquellos que están apagados, a través de diferentes cromosomasse agrupan alrededor de un cuerpo nuclear particular llamado nucleolo, que contiene proteínas represivas en el ADN que mantienen los genes desactivados. Por el contrario, los genes activos agrupados alrededor de otro tipo de cuerpo nuclear llamado moteado nuclear, contienen moléculas que ayudan a activar los genes y los hacenen proteínas
"Con SPRITE, pudimos ver miles de moléculas, ADN y ARN, uniéndose en varios 'centros' alrededor del núcleo en células individuales", dice Quinodoz, el primer autor del estudio ". Anteriormente, los investigadores teorizaron quecada cromosoma está solo, ocupando su propio "territorio" en el núcleo. Pero ahora vemos que múltiples genes en diferentes cromosomas se agrupan alrededor de estos cuerpos de maquinaria celular. Creemos que estos "centros" pueden ayudar a la célula a mantenerseADN que se enciende o apaga todo organizado de forma ordenada en diferentes partes del núcleo para permitir que la maquinaria celular acceda fácilmente a genes específicos dentro del núcleo ".
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Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de California . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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