Un estudio muestra cómo cambia la naturaleza física del genoma antes y después de la diferenciación celular.



La organización del genoma humano se basa en la física de diferentes estados de la materia, como líquidos y sólidos, ha descubierto un equipo de científicos. Los hallazgos, que revelan cómo cambia la naturaleza física del genoma a medida que las células se transforman para cumplir funciones específicas, apuntan a nuevas formas de comprender mejor la enfermedad y crear terapias mejoradas para el cáncer y los trastornos genéticos.

El genoma es la biblioteca de información genética esencial para la vida. Cada celda contiene la biblioteca completa, pero usa solo una parte de esta información.

Los tipos especiales de células, como un glóbulo blanco o una neurona, solo tienen ciertos “libros” abiertos, los que contienen información relevante para su función. Los investigadores han buscado durante mucho tiempo determinar cómo el genoma maneja estas enormes bibliotecas y permite el acceso a los “libros” que se necesitan, mientras almacena los que no están en uso.

En el estudio recién publicado, que aparece en la revista Cartas de revisión física, los investigadores revelaron cómo sucede esto dentro de una célula.

Descubrimos que las partes del genoma que se están utilizando son líquidas, mientras que las partes no utilizadas forman islas sólidas. Estas islas sólidas sirven como estanterías de biblioteca que almacenan los libros con genes que no se utilizan actualmente, mientras que la parte líquida del genoma actúa como un ‘libro abierto’, que es fácilmente accesible y se utiliza para la vida y función de una célula “.

Alexandra Zidovska, autora principal del estudio y profesora asistente, Departamento de Física, Universidad de Nueva York

La información genética del genoma está codificada en la molécula de ADN. La lectura y el procesamiento adecuados de esta información son fundamentales para la salud humana y el envejecimiento. En una célula humana, el genoma, que contiene el código genético, está alojado en el núcleo celular. Con un tamaño de apenas 10 micrómetros, o aproximadamente 10 veces más pequeño que el ancho de una hebra de cabello humano, almacena alrededor de dos metros de ADN.

El almacenamiento de esta gran cantidad de información genética en un espacio tan pequeño requiere un empaquetado de tal manera que cada pieza de ADN y, por lo tanto, de código genético, sea fácilmente accesible cuando sea necesario.

Lo que se había entendido menos es cómo se almacenaba esta información y cuál era el papel de la física en ella.

Para explorar este fenómeno, los investigadores, que también incluyeron a Iraj Eshghi y Jonah Eaton, candidatos a doctorado de la NYU, compararon las células antes y después de que se especializaran.

Específicamente, los científicos mapearon los movimientos del genoma en los núcleos de las células madre de ratón, aquellas que aún no tienen una función especializada, pero que están preparadas para convertirse en cualquier tipo de célula, como una neurona o un glóbulo blanco, y luego dejar que estas células experimentan una diferenciación en células neuronales antes de mapear nuevamente los movimientos genómicos. Al hacerlo, generaron los primeros mapas de los movimientos de un genoma antes y después de la diferenciación celular.

Aquí descubrieron que las células madre mantienen su genoma “abierto”, haciéndolo tan accesible como un libro abierto, con “páginas genéticas” de fácil acceso.

Sin embargo, el mapeo también mostró que una vez que una célula madre se convierte en una célula especializada, por ejemplo, una neurona, esta célula especializada mantiene fácilmente accesibles solo las partes del genoma que son necesarias para su función específica. Guarda las partes no utilizadas del genoma en “estanterías”. Esto deja más espacio para la información que se está leyendo y procesando activamente.

“Estos movimientos nos dicen exactamente qué tan accesible es el genoma en un lugar determinado del núcleo celular”, explica Zidovska. “Además, estos movimientos revelan el estado físico de diferentes partes del genoma, con partes líquidas que corresponden a ADN suelto y partes sólidas que corresponden a geles de ADN compactos”.

El empaquetamiento del genoma en estos diferentes estados de la materia impacta directamente en la accesibilidad del genoma; las partes líquidas son accesibles, en contraste con las partes sólidas. Lo sorprendente es que esta organización se basa en la física de diferentes estados de la materia, líquidos y sólidos “.

“La medición de los movimientos de distintas partes del genoma nos permitió mostrar estas diferentes propiedades físicas de diferentes partes del genoma y, por lo tanto, comprender la organización del genoma: el ‘sistema de biblioteca’ de la célula”, agrega.

Un sistema de archivo celular adecuado es vital para la salud humana, señalan los investigadores.

“Teniendo en cuenta la gran cantidad de tipos de células en el cuerpo humano, si un libro falta o se extravía en esta biblioteca celular, puede dar lugar a que falte información o sea innecesaria, lo que posiblemente lleve a trastornos del desarrollo y hereditarios, así como a aflicciones como el cáncer”. explica Zidovska.

“Por lo tanto, revelar cómo se organiza el genoma dentro del núcleo celular es fundamental para nuestra comprensión de estas afecciones y enfermedades. Además, ese conocimiento puede ayudarnos a diseñar futuras terapias y diagnósticos de tales trastornos”.

Fuente:

Referencia de la revista:

Eshghi, yo, et al. (2021) La cromatina en interfase experimenta una transición de sol-gel local tras la diferenciación celular. Cartas de revisión física. doi.org/10.1103/PhysRevLett.126.228101.

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