Un equipo internacional de investigadores, co-dirigido por el Dr. Job Dekker de la UMass Chan Medical School, ha identificado un conjunto de reglas fundamentales que regulan cómo las células pliegan el ADN en los cromosomas durante la mitosis, el proceso de división celular. Estas nuevas directrices no solo son clave para entender la herencia y la estabilidad del ADN, sino que también podrían ofrecer importantes pistas sobre mutaciones genéticas que dan lugar a enfermedades humanas, como el cáncer.
Los hallazgos fueron publicados en la revista Science y abordan funciones biológicas básicas que subyacen a la mitosis a una escala micrométrica. El Dr. Dekker, investigador del Howard Hughes Medical Institute y profesor de biología de sistemas, destacó la complejidad de comprimir varios centímetros de información genética en pares de moléculas de ADN organizadas en forma de X, que son solo unos pocos micrómetros de tamaño.
Las reglas que rigen la formación de cromosomas
El estudio revela que las células siguen un conjunto simple de reglas para construir cromosomas y plegar el ADN en estas estructuras diminutas y complejas durante la fase mitótica de la división celular. Co-liderando el estudio junto a Dekker se encuentran el Dr. William C. Earnshaw, profesor de dinámica de cromosomas en la Universidad de Edimburgo; el Dr. Leonid A. Mirny, profesor de medicina y física biomédica en el Instituto Tecnológico de Massachusetts; y el Dr. Anton Goloborodko, líder de grupo en el Instituto de Biotecnología Molecular de Viena.
Los cromosomas, esas estructuras icónicas que todos recordamos de las clases de biología, son esenciales para la correcta transmisión del ADN de una generación celular a otra. Dentro de cada uno de estos cromosomas se encuentran pares de moléculas de ADN llamadas cromátidas, que son copias idénticas del cromosoma creadas durante la preparación para la división celular. A pesar de que estas cromátidas pueden medir varios centímetros, son compactadas por la célula hasta alcanzar solo unos pocos micrones de longitud.
Los investigadores han utilizado una combinación de técnicas de análisis genómico para estudiar la organización tridimensional de los genomas y las interacciones de la cromatina. Estas técnicas, desarrolladas por Dekker y su equipo, incluyen Hi-C, imágenes de alta resolución, genómica, proteómica y modelado de polímeros, las cuales han comenzado a desentrañar estos importantes misterios.
El Dr. Johan Gibcus, profesor asistente de biología de sistemas y co-primer autor del estudio, explicó que su equipo descubrió que estas máquinas moleculares extruyen bucles de ADN a una velocidad extremadamente alta, de 2 a 3 kilobases por segundo. Además, identificaron un conjunto de prioridades que definen cómo se resuelven los encuentros entre estas máquinas en movimiento rápido.
Durante la fase mitótica, cuatro tipos diferentes de máquinas que extruyen bucles operan simultáneamente a lo largo de los cromosomas. Inicialmente, una máquina cohesina extruye bucles por todo el genoma. Sin embargo, al entrar en mitosis, comienza a actuar también una máquina condensina. Cuando una máquina condensina se encuentra con una cohesina, esta última es desplazada, permitiendo que la condensina continúe su trabajo de extrusión.
En esta interacción, una segunda máquina cohesina mantiene unidas a las dos cromátidas hermanas aproximadamente cada millón de bases del genoma. Si una condensina se encuentra con estas cohesinas, simplemente las ignora y sigue extruyendo. Como resultado, las cromátidas hermanas permanecen conectadas en la cima de los bucles formados por las máquinas condensinas. Finalmente, cuando las condensinas se encuentran entre sí, se detienen y mantienen su posición, lo que permite que cada cromátida se pliegue en una serie consecutiva de bucles.
Este avance en la comprensión de cómo se forman los cromosomas durante la mitosis no solo proporciona una visión más clara de la biología celular, sino que también abre la puerta a nuevas investigaciones sobre la relación entre el pliegue del ADN y diversas enfermedades genéticas.
