Investigadores del MIT han descubierto que el movimiento de la cromatina facilita la interacción entre genes y elementos reguladores, lo que es crucial para la expresión genética y reparación del ADN.
La expresión génica es un proceso complejo que depende, en gran medida, de las interacciones entre los genes y sus elementos reguladores a lo largo del genoma. Estas interacciones están influenciadas por la capacidad del cromatina, una mezcla de ADN y proteínas, para moverse dentro de un espacio celular abarrotado. Un reciente estudio realizado por investigadores del MIT ha logrado medir el movimiento de la cromatina a escalas temporales que van desde cientos de microsegundos hasta horas, permitiendo cuantificar estas dinámicas con rigor por primera vez.
Los hallazgos revelan que la cromatina puede clasificarse en dos categorías distintas: en una, se mueve de manera restringida, contactando principalmente regiones vecinas del genoma; en otra, se desplaza más libremente y puede contactar áreas más distantes, pero solo a lo largo de tiempos más prolongados. Esta investigación proporciona una nueva perspectiva sobre cómo se regula la expresión génica y cómo los segmentos de cromatina se agrupan para llevar a cabo otros procesos como la reparación del ADN.
“Al poder observar por primera vez las dinámicas de la cromatina en estos tiempos tan rápidos y a través de todo el rango dinámico, hemos podido captar movimientos que antes eran imposibles de detectar”, afirma Anders Sejr Hansen, profesor asociado de ingeniería biológica en el MIT y autor principal del estudio publicado en Nature Structural and Molecular Biology.
El equipo utilizó una técnica llamada MINFLUX, un método de microscopía de superresolución capaz de rastrear el movimiento de objetos diminutos como proteínas durante períodos prolongados. Este avance permite obtener datos más robustos estadísticamente al estudiar células a escalas temporales que cubren cuatro órdenes de magnitud, desde 200 microsegundos hasta 10 segundos.
A menudo, los libros de texto presentan la cromatina como una estructura estática dentro del núcleo celular; sin embargo, su movimiento es esencial para que los genes interactúen con secuencias reguladoras del ADN, como los potenciadores, que pueden estar a un millón de pares de bases de distancia. Además, este dinamismo asegura que cuando ocurren rupturas en el ADN, los extremos rotos puedan encontrarse para ser reparados.
Hansen explica que “las dinámicas de la cromatina son fundamentales para todos los procesos dentro del núcleo”, destacando su importancia en la regulación génica y la reparación del ADN. El movimiento está restringido debido a que el ADN actúa como un polímero; cuando un locus intenta desplazarse en cualquier dirección, es atraído nuevamente por las cadenas adyacentes.
Este comportamiento se clasifica como movimiento subdifusivo. Estudios anteriores habían presentado resultados contradictorios sobre cuán subdifusiva era realmente la cromatina debido a limitaciones en las técnicas utilizadas para rastrear el movimiento durante períodos suficientemente largos.
A través del análisis realizado en diferentes tipos celulares humanos y murinos, los investigadores identificaron dos clases distintas de dinámicas cromatínicas. En ambas clases, durante escalas temporales cortas e intermedias (hasta 200 segundos), cualquier locus tiende a moverse solo dentro de aproximadamente 200 nanómetros. Esto sugiere que la atracción subdifusiva es más fuerte de lo que se había pensado anteriormente.
“Una conclusión clave es que existe una región de influencia donde un locus genómico tiene acceso a otros loci genómicos”, señala Simon Grosse-Holz. La proximidad constante entre loci podría ser beneficiosa para la reparación del ADN y sugiere que los genes y elementos reguladores situados dentro de aproximadamente 100,000 pares de bases no necesitan ayuda adicional para encontrarse; lo harán gracias a su movimiento natural.
Este trabajo no solo confirma observaciones anecdóticas sobre el movimiento subdifusivo de la cromatina sino que también demuestra su consistencia a través de múltiples tipos celulares y escalas temporales medidas. Los resultados podrían tener implicaciones importantes para entender mejor cómo se organizan y funcionan los procesos biológicos fundamentales dentro del núcleo celular.
El movimiento de la cromatina permite que los genes interactúen con elementos reguladores en el genoma, facilitando así la expresión génica. Estas interacciones son cruciales para procesos como la reparación del ADN y la regulación de genes.
Los investigadores utilizaron MINFLUX, una técnica de microscopía de superresolución, junto con dos técnicas de imagen tradicionales, lo que les permitió rastrear el movimiento de la cromatina a través de un amplio rango temporal, desde microsegundos hasta horas.
Se identificaron dos clases: una donde la cromatina se mueve de manera restringida, contactando principalmente regiones vecinas del genoma, y otra donde se mueve más libremente pero solo a escalas temporales más largas.