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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No existe el genoma de la leucemia

En el momento en el que me llegó la noticia vía Twitter, mi primera impresión fue de extrañeza ante el titular, ya que una de las cosas que se aprende en la carrera (y en mi caso la idea quedó más arraigada ya que me dedico a ello) es que el genoma es el conjunto de información genética que contiene un organismo en particular. Pero me importaba más leer el artículo científico y no di más importancia al tema al asociarlo a los medios de comunicación, que suelen buscar llamar la atención. En general, el titular era «se ha secuenciado el genoma de la leucemia».
Por falta de tiempo no pude más que leer el artículo del que se hablaba en todos los medios y me sumergí en él sin volver a pensar en ello más de lo que comenté con los de mi entorno el primer día. Sin embargo pude leer el artículo del blog La muerte de un ácaro (que recomiendo la suscripción) que relata perfectamente lo sucedido. Voy a citar la explicación sencilla de por qué no es correcta la afirmación de «secuenciar el genoma de la leucemia» (extracto del artículo del blog «La muerte de un ácaro»)

[…]Secuenciar es obtener el orden de los nucleótidos de un fragmento de ADN. Es eso de: ATTCGGCCT pero mucho más largo. Para secuenciar necesitamos un poco de material genético o por contra todo el genoma. El Genoma no es otra cosa que la información genética que posee un organismo (o sus mitocondrias). La Leucemia Linfática Crónica (LLC) es una enfermedad de la sangre que afecta a los glóbulos blancos. No está provocada por un virus, una bacteria o un protozoo. No hay un “ente biológico” susceptible de ser capturado, estudiado y secuenciado (como sí que se puede hacer con el SIDA o el Chagas por poner un par de ejemplos). Decir que se ha secuenciado la leucemia es exactamente lo mismo que decir que se ha secuenciado la calvicie.[…]

Además, en el blog de Emilio Cervantes (Científico Titular del CSIC (Consejo Superior de Investigaciones Científicas) en el Instituto de Recursos Naturales y Agrobiología de Salamanca) titulado Biología y pensamiento hace mención a lo mismo que se escribe aquí y en «La muerte de un ácaro». Citaré una parte del artículo más que aclaratoria:

[…]El ICGC es un consorcio internacional dedicado al estudio del cáncer en el que participan grupos de investigación de diversos paises. Según explica en su web, y en un detallado artículo en la revista Nature, su objetivo es lanzar y coordinar un gran número de proyectos de investigación para esclarecer los cambios presentes en los genomas de pacientes que presentan diversas formas de cáncer. (Tales cambios en los genomas pueden ser, como en el artículo indicado más abajo, lo que siempre se llamó mutaciones, y afectan a determinados genes o secuencias particulares del genoma; ni una mutación, ni un cambio constituye un genoma nuevo).
Algunos grupos españoles participan en particular en el análisis de la Leucemia linfocítica crónica (CLL) y su objetivo explicado en la web es obtener un catálogo completo de las alteraciones genéticas en 500 tumores independientes. A tal fin se ha publicado recientemente en Nature el artículo titulado Whole-genome sequencing identifies recurrent mutations in chronic lymphocytic leukaemia.
Es un disparate indicar como la mayoría de las noticias vienen haciendo que se haya secuenciado el genoma de la Leucemia. La leucemia es una enfermedad y como tal carece de genoma.
Lo que se ha hecho es secuenciar el genoma de pacientes con leucemia identificándose ciertas mutaciones. Algunas de ellas se asocian con determinados genes.[…]

[…]Pero convendría también recordar que ningún genoma ni humano, ni de metazoos ha sido secuenciado en su totalidad. En todos los proyectos de secuenciación de genomas existen huecos correspondientes a los centrómeros, heterocromatina y otras regiones ricas en secuencias repetidas.
El trabajo publicado y al que hacen referencia las noticias consiste en el primer análisis exhaustivo de la CLL, combinando la secuenciación del genoma con características y resultados clínicos. Se destaca la utilidad de este enfoque para la identificación de mutaciones clínicamente relevantes en el cáncer.
No se secuencia el genoma de la leucemia. La leucemia no tiene genoma.[…]

Después de exponer todo lo anterior, creo que queda claro tanto la definición de GENOMA como el por qué de el error en la afirmación de los titulares.
He podido saber que todo fue un cúmulo de situaciones y el error ya está subsanado, como se puede comprobar en la nueva nota de prensa del CSIC y CNB.
Espero que, como me ha pasado a mi, lo que realmente haya llegado a la gente no sea este error sino el avance científico que supone la detección de nuevas mutaciones en genes responsables de un cáncer. Eso es lo que importa.

[Nota: Quiero agradecer al equipo de Noticias del CSIC y CNB por ayudar a esclarecer los hechos y demostrar su gran profesionalidad para asegurarse de que se haya divulgado correctamente el estudio sobre la leucemia linfocítica crónica]

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Sobre el uso de la sangre materna para saber el genoma del feto

Descifrando el genoma del fetoEl pasado 8 de Diciembre, en la revista Science Translational Medicine se publicó cierto avance sobre el diagnóstico de enfermedades genéticas gracias a la obtención del genoma del feto mediante al análisis de la sangre de la madre. El estudio revela que hay una cierta cantidad de ADN del futuro hijo en el plasma de la sangre materna. Este ADN está degradado y por lo tanto son multitud de fragmentos «flotando» por ese suero sanguíneo.

Las avanzadas técnicas de secuenciación que ya hemos comentado en el blog, permiten el análisis de una gran cantidad de fragmentos y los programas bioinformáticos permiten ordenar esas secuencias. Los estudios para desenmascarar ese ADN del feto son muy exhaustivos y costosos (por ahora), pero se espera que en un futuro no muy lejano los costes se abaraten y sea una prueba que permita eliminar métodos invasivos como la amniocentesis para detectar enfermedades hereditarias.
El estudio se comprobó mediante un análisis a una pareja que podría dotar a su todavía no nato hijo la enfermedad de la beta-talasemia. Gracias a la comparativa del ADN de la madre y del padre junto con el obtenido del plasma sanguíneo comprobaron que la técnica permitía averiguar con certeza si el hijo tendría esa herencia perjudicial para su salud. Recordando un poco de genética, ese gen causante de la beta-talasemia está envuelto en la formación de la hemoglobina y que provoca un bajo rendimiento en la toma de oxígeno. Su herencia es clásica (si los padres son portadores del alelo mutado o malo) con un 25% de probabilidades de que herede los dos alelos «buenos», un 50% de que herede con ambos alelos sin causar la enfermedad y un 25% de probabilidades de que lleve ambos alelos malos y desarrolle la enfermedad. El estudio del genoma del feto por medio del análisis del plasma sanguíneo permite obtener unas proporciones de los genes de ambos genomas, de la madre y del niño. Estudiando esa proporción se puede estimar si el niño lleva o no la carga genética buena o la mala. Mediante el estudio con la amniocentesis se corroboró todo y se pudo asegurar que el futuro hijo nacerá sano. En el trabajo se pudo secuenciar e identificar el 94% del genoma del feto para su comparación final de más de 900000 puntos a contrastar.

He podido leer en varios periódicos, como la Vanguardia, que explican el estudio pero verdaderamente no lo aclaran, llevando a la confusión a los lectores que comentaban cosas como que se podía conocer todo ya que las células sanguíneas dan toda la información como el cariotipo (esquema de la colocación e identificación de los cromosomas gracias a encontrarse en la fase metafase). Lo que realmente importa es que el ADN del feto que se obtiene está disgregado en el PLASMA. No hay células sanguíneas completas del feto para hacer un estudio cromosómico. Que se pueda deducir una enfermedad del tipo Síndrome de Down (trisomía del cromosoma 21) por una estimación de los genes que están contenidos en ese cromosoma 21 es una cosa y otra es obtener el cariotipo.
Como siempre, las noticias científicas no son informadas con el rigor que se debería. Yo ya he tomado cartas en este asunto ya que me parece un grandísimo avance. Ya me gustaría que todos mis compañeros investigadores cada vez que vieran faltas de rigor lo comunicaran. Así los periodistas tampoco estarían tan mal valorados.

Referencia: Y. M. Dennis Lo, K. C. Allen Chan, Hao Sun, Eric Z. Chen, Peiyong Jiang, Fiona M. F. Lun, Yama W. Zheng, Tak Y. Leung, Tze K. Lau, Charles R. Cantor and Rossa W. K. Chiu. Maternal Plasma DNA Sequencing Reveals the Genome-Wide Genetic and Mutational Profile of the Fetus. Journal of Systematics and Evolution Vol. 2, Issue 61, p. 61ra91 DOI: 10.1126/scitranslmed.3001720

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Secuenciación del genoma de la oveja en León

El equipo de León ha sido escogido por su experiencia en la materia en la identificación de determinadas regiones del genoma de la oveja que influyen en la producción de leche. El grupo de investigación de la Universidad trabaja desde los años ’80 en este ámbito.
El equipo de investigadores, denominado Mejora Genética Animal (Mega), está considerado grupo de excelencia por la Junta de Castilla y León. Es el único miembro español de un proyecto que involucra a varios centros de la Unión Europea (Reino Unido, Francia e Italia), EE UU, Australia, Nueva Zelanda, China y Argentina. Esto es, casi todos los países albergan importantes cabañas ovinas y están interesados en la mejora de la producción animal en este ámbito. La iniciativa está financiada con fondos comunitarios. Los científicos pretenden obtener los primeros resultados a partir de 2012.
Se estima que el genoma de la oveja consta de entre 20.000 y 25.000 genes, cifra similar para otros mamíferos y similar al de la especie humana. Aunque no ha determinado su composición total, hay partes del genoma que se conoce por parte de la comunidad científica, ya que es muy similar al de la vaca, ya secuenciado. El trabajo de caracterización de la Universidad de León tendrá como fin último la identificación de estos genes implicados en la producción de leche, para introducir mejoras en la obtención de este alimento.
Olé por la investigación en España. Además que me salpica bien cerquita…a unos metros tan sólo. Me enorgullecen estas iniciativas.

Fuente:DiYCT

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Melonomics

La secuenciación del genoma del melón es uno de los proyectos más ambiciosos de los grupos de investigación financiado por Genoma España. melonYa se tiene un borrador de todo el genoma que tiene un tamaño aproximado de 450 millones de pares de bases en sus 12 cromosomas, con un total de 26.000 genes. Además de la secuenciación de una línea de melón, MELONOMICS pretende caracterizar un gran número de variedades de esta especie presentes en los bancos de semillas españoles.
En diversos congresos a los que he asistido, se mostraron resultados previos de estos estudios y eran más que prometedores. No olvidemos que el melón tienen un gran valor económico ya que somos los primeros exportadores de este fruto.

Fuente: SINC

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