Investigadores mapean cómo se pliega el genoma humano en el núcleo de una célula

18/12/2014 - E.P.

El genoma humano de más de dos metros de longitud es capaz de plegarse en el interior de la célula

Investigadores del Colegio Baylor de Medicina de la Universidad de Rice, el Instituto Broad del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) y Harvard y la Universidad de Harvard, en Estados Unidos, describen los resultados de un trabajo de cinco años para trazar con un detalle sin precedentes cómo el genoma humano de dos metros de largo se pliega en el interior del núcleo de una célula.

Sus resultados, que se publican en la edición digital de la revista 'Cell', muestran que la célula, como una origamista microscópica, modula su función plegando el genoma en una variedad casi ilimitada de formas. El antiguo arte japonés del origami se basa en la idea de que casi cualquier diseño se puede hacer doblando una hoja en blanco de diferentes maneras.

El cuerpo humano se enfrenta a un problema similar al arte origami. El genoma dentro de cada célula del cuerpo es idéntico, pero el cuerpo necesita que cada célula sea diferente: la célula inmune lucha contra una infección; la célula cono ayuda al ojo a detectar la luz y los miocitos del corazón deben latir sin fin.

Un elemento central del nuevo estudio es el primer catálogo fiable de pliegues que abarcan todo el genoma humano. Durante décadas, los científicos han examinado las regiones en las inmediaciones de un gen para comprender cómo se regula, pero se creía que el mapeo de las posiciones de todos los pliegues era un desafío insuperable, según el coprimer autor del trabajo, Suhas Rao, investigador en el Centro de Genoma Arquitectura en Baylor.

Los investigadores demostraron que los 3.000 millones de letras de ADN del genoma humano se dividen en aproximadamente 10.000 pliegues, un número sorprendentemente pequeño, puesto que antes de este trabajo se sugirió que el genoma contiene más de un millón.

El equipo de investigación demostró que, aunque pocos en número, los pliegues de ADN juegan un papel esencial en casi todos los procesos dentro de la célula porque muchos pliegues tienen genes en un extremo. Cuando se forman los pliegues, el gen se enciende.

"En el otro extremo de estos pliegues, lejos de los genes que regulan, se asientan los interruptores genéticos hasta ahora desconocidos enterrados en el llamado ADN basura. Nuestro mapa de los pliegues reveló miles de interruptores ocultos que los científicos no conocían antes -apunta otro de los autores, la investigadora Miriam Huntley, de la Escuela de Ingenería y Ciencias Aplicadas de Harvard--. En el caso de los genes que pueden causar cáncer u otras enfermedades, es vital saber dónde están estos interruptores".

El equipo también descubrió una serie de reglas sobre cómo y dónde pueden formarse los pliegues. "Si el ADN fuera un cordón de zapatos, se podría hacer un pliegue en cualquier lugar. Pero dentro de la célula, la formación de pliegues es muy limitada --detalla Rao.--. Los pliegues que vemos en casi todos abarcan menos de dos millones de mapas genéticos; rara vez se solapan y, casi siempre, están asociados con una sola proteína, llamada CTCF."

Se sabe que CTCF está involucrada en la regulación de la estructura 3D de la cromatina, la piedra angular de los cromosomas. "El descubrimiento más sorprendente fue cómo las proteínas CTCF forman un pliegue", afirma el doctor Eric Lander, otro de los autores del estudio. "Incluso cuando están muy separados, los elementos CTCF que forman un bucle pliegue estar uno frente a otro, formando un yin y yang genómico", añade Lander, que es director del Instituto Broad, profesor de Biología en el MIT y profesor de Biología de Sistemas en la Escuela de Medicina de Harvard.

Curiosamente, el equipo encontró que los pliegues más grandes del genoma sólo están presentes en las mujeres. Además, vieron que muchos de los pliegues presentes en los seres humanos también están en los ratones, lo que implica que estos pliegues específicos se han conservado a lo largo de casi cien millones de años de evolución.