MADRID, 25 Mar. (EUROPA PRESS) -
Científicos del Laboratorio Europeo de Biología Molecular (EMBL), en su sede de Heidelberg (Alemania), han observado por primera vez el proceso por el que una célula logra duplicar su ADN (su genoma) y segregarlo equitativamente en dos nuevas células hijas. Esto ha sido posible gracias a un nuevo método de rastreo de cromatina que ha permitido esta observación en un microscopio en alta resolución.
El nuevo estudio, publicado en la revista científica 'Cell', muestra que las largas moléculas de ADN de cada cromosoma forman una serie de bucles superpuestos durante la división celular que se repelen entre sí. Como resultado de esta repulsión, los bucles de ADN se apilan para formar cromosomas con forma de bastón.
Los científicos han planteado durante mucho tiempo la hipótesis sobre la importancia de los bucles de ADN en la construcción y el mantenimiento de la estructura cromosómica. Identificadas por primera vez en la década de 1990, las condensinas son grandes complejos proteicos que se unen al ADN durante la división celular y lo extruyen para crear bucles de diferentes tamaños. Estudios previos del EMBL han esclarecido la mecánica estructural de este proceso y su papel esencial en la compactación de los cromosomas en formas que facilitan su movilidad entre células.
De hecho, las mutaciones en la estructura de la condensina pueden provocar graves defectos de segregación cromosómica y conducir a la muerte celular, la formación de cáncer o trastornos del desarrollo raros llamados "condensinopatías". "Sin embargo, observar cómo este proceso de bucle ocurre a escala celular y contribuye a la estructura cromosómica era un desafío", destaca Andreas Brunner, investigador posdoctoral del Grupo Ellenberg del EMBL Heidelberg y autor principal del nuevo artículo. "Esto se debe a que los métodos para visualizar el ADN con alta resolución suelen ser químicamente agresivos y requieren altas temperaturas, lo que, en conjunto, altera la estructura nativa del ADN".
Kai Beckwith, ex investigador postdoctoral del Grupo Ellenberg y actual profesor asociado de la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología (NTNU) en Noruega, se propuso resolver este problema. Beckwith y sus colaboradores emplearon un método para extraer con cuidado una hebra de ADN en células en diversas etapas de división celular, manteniendo intacta la estructura cromosómica. Posteriormente, pudieron utilizar conjuntos específicos de marcadores de unión al ADN para observar la organización a nanoescala de esta hebra de ADN descubierta. Esta técnica, denominada LoopTrace, permitió a los investigadores observar directamente el ADN en células en división a medida que formaba bucles y pliegues.
A partir de sus datos, los científicos descubrieron que, durante la división celular, el ADN forma bucles en dos etapas. Primero, forma bucles grandes y estables, que luego se subdividen en bucles anidados más pequeños y de corta duración, lo que aumenta la compactación en cada etapa. Dos tipos de complejos proteicos de condensina facilitan este proceso.
Para comprender cómo este bucle da lugar a los cromosomas con forma de bastón, los investigadores construyeron un modelo computacional basado en dos suposiciones simples. En primer lugar, como se observa, el ADN forma bucles superpuestos -primero grandes y luego pequeños- a lo largo de su longitud con la ayuda de las condensinas. En segundo lugar, estos bucles se repelen entre sí debido a su estructura y a la composición química del ADN. Al incorporar estas dos suposiciones en su modelo, los científicos descubrieron que esto era suficiente para dar lugar a una estructura cromosómica con forma de bastón.
"Nos dimos cuenta de que estos bucles impulsados por la condensina son mucho más grandes de lo que se creía, y que era fundamental que estos bucles grandes se superpusieran significativamente", asegura Beckwith. "Solo estas características nos permitieron recapitular la estructura nativa de los cromosomas mitóticos en nuestro modelo y comprender cómo se segregan durante la división celular".
En el futuro, los investigadores planean estudiar este proceso con más detalle, especialmente para comprender cómo otros factores, como los reguladores moleculares, afectan a este proceso de compactación. "Nuestro nuevo artículo, marca un hito en nuestra comprensión de cómo la célula puede empaquetar cromosomas para su segregación precisa en células hijas", resume Jan Ellenberg, científico sénior del EMBL Heidelberg. "Sentará las bases para comprender el mecanismo molecular del reescalamiento del genoma para una herencia fiel y, por lo tanto, predecir racionalmente cómo podrían prevenirse en el futuro los errores en este proceso que subyacen a las enfermedades humanas", concluye.
