La expresión génica desvelada en 3D

Estructura 3D del ADN
Científicos de Australia y los Estados Unidos han logrado nuevos avances en la comprensión de la estructura tridimensional del genoma, uno de los mayores desafíos que enfrenta actualmente el campo de la genómica y la genética. Sus conclusiones publicadas en la revista Nature Genetics, nos ofrecen nuevas directrices en el estudio de la expresión génica.

Alrededor de 3 metros de ADN se encuentra completamente plegado en el núcleo de cada célula de nuestro cuerpo. Este plegado permite que algunos genes sean «expresados» o activados, excluyendo o inactivando a los demás. El Dr Tim Mercer y el profesor John Mattick del Instituto Sydney’s Garvan de Investigación Médica y el Profesor John Stamatoyannopoulos de la Universidad de Washington analizaron la estructura 3D del genoma en alta resolución para comprender mejor la expresión génica.

Infografía de la estructura 3D del genoma
Infografía de la estructura 3D del genoma

Los genes de los organismos eucariotas superiores están compuestos de «exones» y de «intrones» (siendo los primeros las secuencias que codifican para proteínas y se expresan, y los últimos son secciones de ADN no codificante para proteínas). En el proceso de transcripción un gen, el ADN se transcribe en ARN, posteriormente las secuencias de intrones son eliminadas y los exones son empalmados de forma que se consigue una secuencia única que codifica una proteína. Dependiendo de los exones que se unen, el mismo gen puede generar diferentes proteínas.
Gracias a las grandes cantidades de datos proporcionadaos por el proyecto ENCODE, el Dr. Tim Mercer y sus colegas han obtenido interesantes observaciones junto con sus estudios del plegado del genoma encontrando que, incluso dentro de un gen, ciertos exones son fácilmente expuestos para interaccionar con la maquinaria biológica.

Esquema del proceso de transcripción incluyendo el splicing de los intrones para formar el ARN mensajero final
Esquema del proceso de transcripción incluyendo el splicing de los intrones para formar el ARN mensajero final. Pulsar para ampliar.
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Imagen de una de las partes de este estudio sobre la estructura del genoma y la expresión génica.

«Imagine un largo e inmensamente complicado vid, sus ramas retorcidas que presentan algunas uvas para ser arrancados con facilidad, al tiempo que ocultan otras más allá de su alcance,» explica el Dr. Mercer. «Al mismo tiempo, imagine un recolector de frutas perezoso sólo recogiendo la uva a su alcance. El mismo principio se aplica en el genoma. Genes específicos e incluso los exones específicos, se sitúan en una posición que permitan ser alcanzados más fácilmente por la maquinaria biológica.»
En los últimos años, se ha podido observar cómo el plegamiento del genoma ayuda a determinar su expresión y regulación y este estudio proporciona la primera indicación de que la estructura tridimensional del genoma puede influir en el corte y empalme de los genes.
Los investigadores han llegado a la conclusión de que el genoma se pliega de tal manera que expone a la maquinaria de transcripción la zona promotora situada previa a los exones. Como si facilitara el trabajo a dicha maquinaria. Todo esto genera un punto de vista distinto al deducir que el genoma se dobla alrededor de la maquinaria de transcripción, en lugar de al revés. Los genes que entran en contacto con la maquinaria de transcripción consiguen formar sus tránscritos mientras que los que se encuentran lejos del acceso de esta maquinaria se ignorarían.
De nuevo, por el cruce de investigaciones distintas como el proyecto ENCODE y el estudio en 3D de la estructura de los genomas, se va conociendo mejor el apasionante mundo de la expresión de los genes. Incluso cambiando un poco el punto de vista que se tenía anteriormente. Interesante, ¿verdad?.

Referencias: DNase I-hypersensitive exons colocalize with promoters and distal regulatory elements, DOI: 10.1038/ng.2677

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Foto actual del ADN

Imagen de varias moléculas de ADN mediante microscopía de transmisión de electrones
Aunque esto no es noticia puesto que fue publicado hace casi dos semanas, en el blog de un genetista esto es muy pero que muy relevante. Desde siempre la única foto «verdadera» del ADN eran las que se observaban gracias a la difracción de Rayos X (como la famosa imagen de Rosalind Franklin allá por los años 50 del siglo pasado -ver figura 1-).

Imagen de la doble hélice de ADN tomada mediante difracción de rayos X de 1952
Figura 1. Imagen de la doble hélice de ADN tomada mediante difracción de rayos X de 1952. Pulsar para agrandar
Ahora se ha conseguido sacar una instantánea de la doble hélice mediante microscopía electrónica. El trabajo se detalla en la publicación de Gentile y colaboradores del pasado 22 de noviembre y consiste en la obtención de la imagen mediante la suspensión de siete moléculas de ADN entre dos pivotes de silicio. En medio de esos pivotes se coloca un agujero por el que se hace pasar el haz de electrones que atravesará el objetivo a retratar: el ADN.
La verdad es que la foto (ver imagen de cabecera) no da una información muy obvia a simple vista pero, según se describe, se puede observar la periodicidad del enrollamiento de la doble hélice. En la imagen, las flechas en rojo señalan esas vueltas para así hacernos una idea de cómo estarían las moléculas «estiradas» de forma perpendicular a dichas marcas.

La verdad es que se aclaran bastantes cosas en el pdf suplementario al artículo (ya que se puede descargar sin pago previo) donde se muestra cómo se sitúan las dobles hélices en el experimento gracias a modelos en tres dimensiones y así poderse comparar con lo observado con la microscopía de transmisión de electrones.

Simulación de la imagen del ADN en 3D, la primera a la izquierda, y cómo se debería ver mediante el microscopio, las cuatro de la derecha.
Figura 2. Simulación de la imagen del ADN en 3D, la primera a la izquierda, y cómo se debería ver mediante el microscopio, las cuatro de la derecha.

Imagen de la colocación de las siete dobles hélices de ADN (parte superior) y la imagen obtenida mediante microscopía de transmisión de electrones (parte inferior).
Figura 3. Imagen de la colocación de las siete dobles hélices de ADN (parte superior) y la imagen obtenida mediante microscopía de transmisión de electrones (parte inferior). Pulsar para agrandar.

Ya tenemos otra foto que añadir al álbum del ADN.

Referencias:
Francesco Gentile, Manola Moretti, Tania Limongi, Andrea Falqui, Giovanni Bertoni, Alice Scarpellini, Stefania Santoriello, Luca Maragliano, Remo Proietti Zaccaria, and Enzo di Fabrizio. Direct Imaging of DNA Fibers: The Visage of Double Helix. Nano Letters Article ASAP, 22 nov 2012.(http://dx.doi.org/10.1021/nl3039162).

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El polen se pliega como el origami

Imagen microscópica de granos de polen
Bueno, aquí tenemos un estudio que está de moda por la cercanía a la temporada más temida por los alérgicos: la primavera. La imagen que podéis ver en el encabezamiento corresponde a una instantánea de diversos granos de polen de las variedades de planta más comunes gracias a un microscopio electrónico de barrido. Estas imágenes han sido estudiadas por un biofísico de la Universidad de Rockefeller en Nueva York llamado Eleni Katifori.
Cuando un grano de polen deja la planta, ya sea por acción del viento o por un insecto, comienza a perder agua que podría peligrar la integridad del material que alberga para que la fecundación sea óptima. Esta pérdida de agua genera fuerzas que actúan sobre la capa exterior de polen. Debido a su diseño único, el bloque de polen responde originando un estiramiento y plegamiento hacia dentro, tapando los agujeros en la parte exterior deteniéndose así la desecación. «Es un proceso similar al desinflar una pelota de playa», dijo Katifori. «Cuando se desinfla una pelota de playa, las paredes se deforman de tal manera que se guía por sus propiedades mecánicas.»
Cuando el polen llega a otra planta, su cubierta se relaja hacia el exterior, y los agujeros se abren de nuevo para iniciar la fertilización.
Aunque por ahora el polen siga haciendo estragos a muchos esta primavera, se puede dar un uso a este estudio morfológico de los granos de polen. Katifori propone que se pueden fabricar pequeñas cápsulas con paredes como el polen que podrían llevar la medicina a través del torrente sanguíneo y que permitan la apertura automática en la parte correcta del cuerpo.

Fuente: PNAS

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