Los Ricitos de Oro de la fama de los cuentos de hadas sabían algo acerca de las gachas de avena. Tenía que ser justo, ni demasiado caliente ni demasiado frío. Lo mismo con los muebles, ni demasiado duro ni demasiado suave. En un contexto diferente, los científicos de UC SanDiego sabe algo sobre el ADN. Saben que las cadenas de nuestro código genético, si se extienden, medirían dos metros, o aproximadamente seis pies. También saben que las cadenas se pliegan y se mueven dentro del núcleo celular del tamaño de una centésima parte deun milímetro. Pero no saben cómo y en qué estado de la materia ocurre, por lo que decidieron verificarlo.
Inspirado por las ideas de la física de las transiciones de fase y la física de polímeros, los investigadores de las Divisiones de Ciencias Físicas y Biológicas de la Universidad de California en San Diego se propusieron específicamente para determinar la organización del ADN dentro del núcleo de una célula viva. Los resultados de su estudio, publicado recientemente en Comunicaciones de la naturaleza , sugiera que el estado de fase del ADN genómico es "justo": un gel colocado en el límite de fase entre gel y sol, la transición de fase sólido-líquido.
Piense en el pudín, la panna cotta, o incluso en las gachas. La consistencia de estos deliciosos debe ser la correcta para disfrutarla idealmente. Así como la transición de fase "sol-gel", según los científicos, parece correcta para explicar lamomento de las interacciones genómicas que dictan la expresión génica y la recombinación somática.
"Este hallazgo apunta a un principio físico general de organización cromosómica, que tiene implicaciones importantes para muchos procesos clave en biología, desde la producción de anticuerpos hasta la diferenciación de tejidos", dijo Olga Dudko, biofísica teórica y profesora del Departamento de Física de la UCSan Diego, quien colaboró con el colega Cornelis Murre, un distinguido profesor de la Sección de Biología Molecular, en el estudio.
Junto con el ex estudiante de posgrado de Dudko, Yaojun Zhang, ahora investigador postdoctoral en Princeton, y el erudito postdoctoral de Murre, Nimish Khanna, el equipo recolectó y analizó datos sobre el movimiento del ADN dentro de células B de mamíferos vivos de ratones para comprender cómo las interacciones genómicas remotas generan unconjunto diverso de anticuerpos por el sistema inmune adaptativo.
En mamíferos, como roedores y humanos, los segmentos de genes de inmunoglobina se organizan en grupos de segmentos variables V, diversidad D y de unión J. Estos segmentos V, D y J se combinan aleatoriamente a través del proceso de recombinación somáticaEsto ocurre antes del contacto con el antígeno y durante el desarrollo de células B en el tejido linfoide o médula ósea del sistema inmunitario. Estas interacciones genéticas aleatorias dan como resultado diversos códigos de proteínas que coinciden con los antígenos que activan los linfocitos.
Los científicos examinaron las diversas interacciones entre los segmentos de genes V y DJ. Si bien se desconoce cómo se producen exactamente estas interacciones, los investigadores de UC San Diego desarrollaron una estrategia para rastrear el movimiento V y DJ en los linfocitos B. Descubrieron que los segmentos V y DJquedaron atrapados en configuraciones que permitían solo el movimiento local, en otras palabras, los segmentos permanecían espacialmente proximales si inicialmente estaban cerca o permanecían separados si inicialmente estaban espacialmente distantes. Los investigadores también observaron, dentro de un subconjunto de células, cambios abruptos enMovimiento V y DJ, plausiblemente causado por cambios temporales en la cromatina.
Al comparar datos experimentales y simulados, los científicos concluyeron que el movimiento restringido es impuesto por una red de cadenas de cromatina reticuladas, o una malla de puentes entre las cadenas de ADN que son características de una fase de gel. Sin embargo, la cantidad de estoslos enlaces cruzados son "perfectos" para equilibrar el ADN cerca de la fase sol, una fase líquida que describe una solución de cadenas no entrecruzadas.
Este patrón sugirió a los científicos que existe un cierto principio organizativo del ADN genómico, la proximidad a la transición de fase sol-gel, que explica cómo el genoma puede poseer simultáneamente estabilidad y capacidad de respuesta dentro del núcleo.
Estos resultados indican que el patrón de empaquetamiento del ADN dentro del núcleo de una célula tiene consecuencias para el destino de una célula, ya sea que se convierta en una célula viva o enferma.
"Tenemos teorías rigurosas de la física: principios abstractos y ecuaciones matemáticas. Tenemos experimentos de vanguardia en biología, seguimiento innovador de segmentos de genes en núcleos de células de mamíferos vivos", señaló Zhang. "Realmente sorprendey me emociona cuando los dos aspectos se fusionan coherentemente en una sola historia, donde la física no es solo una herramienta para describir la dinámica de los segmentos de genes, sino que ayuda a determinar el estado físico del genoma y arroja luz sobre el impacto de las propiedades físicasde este estado en su función biológica "
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Materiales proporcionado por Universidad de California - San Diego . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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