Finalmente sabemos cuánto tiempo se doblan las hebras de ADN en X lanosas. Ya se sabía que la forma de los cromosomas influye en procesos esenciales, como la división celular y la activación y desactivación de genes. También sabíamos que el complejo proteico cohesina juega un papel importante en el plegamiento de los cromosomas al unir las hebras de ADN. Pero cómo la cohesina ‘elige’ a qué pieza de ADN unirse era una gran pregunta.
Dos estudios holandeses dan respuestas: científicos de TU Delft se registran Naturaleza que cuán apretada esté la hélice del ADN determina cómo la cohesina da forma a los cromosomas. Y en el Instituto del Cáncer de los Países Bajos, los investigadores encontraron un principio universal de bloqueo de teclas que las proteínas usan para unir la cohesina a una pieza de ADN. publican esto Naturaleza Biología Estructural y Molecular.
Nuestro ADN se divide en varios cromosomas, que se encuentran en el núcleo de la célula como hebras largas la mayor parte del tiempo. Pero antes de que una célula pueda dividirse, dicho cromosoma debe duplicarse. “Estas ristras de espagueti luego se transforman en piezas compactas de macarrones”, dice Benjamin Rowland, líder del grupo de investigación en el NKI. Con manos y pies explica cómo se duplica y enrolla el ADN. El resultado son dos cromosomas idénticos unidos a la mitad: una X lanosa de ADN compacto.
Bucles en el ADN
Un complejo de varias proteínas, la cohesina, juega un papel importante en esto: mantiene juntas dos hebras de ADN como un anillo. El complejo enlaza el ADN para que pueda regular los genes y mantiene juntos dos cromosomas idénticos hasta que la célula se divide. Otra proteína, CTCF, determina dónde se une el anillo de cohesina al ADN.
“Nuestra suposición era que CTCF simplemente actúa como una señal de alto para la cohesina, marcando dónde debería crear bucles en el ADN”, dice Cees Dekker, profesor de biofísica molecular en TU Delft. El proceso resultó ser mucho más dinámico. Dekker: “Descubrimos por casualidad que la cantidad de tensión en la pieza de ADN influye en esta función de bloqueo de CTCF. Si hay más fuerza en la hebra, CTCF detiene la formación de bucles de cohesina. Eso, en última instancia, tiene un efecto sobre qué genes se activan y desactivan”.
La tensión es causada por máquinas de proteínas que se mueven sobre el ADN y, por ejemplo, transcriben el ADN en ARN. Roman Barth, autor principal del artículo, compara CTCF con un semáforo: “Los peatones prestan más atención cuando la vía está ocupada. No pasas rápidamente por el rojo. Cuando muchas proteínas están activas en el ADN, hay más tensión y la cohesina escucha mejor el semáforo CTCF”.
Dos bloques de construcción
Mientras que el grupo de Dekker se acercó al nivel de una sola molécula de ADN, el grupo de Rowland investigó el efecto de la cohesina en la escala cromosómica. “En 2020, expusimos cómo CTCF se une a la cohesina: según un principio de bloqueo de teclas. Dos bloques de construcción CTCF encajan exactamente en una cantera de cohesina”, dice Rowland. CTCF no es el único regulador de cohesina. Mientras que CTCF se une a la cohesina para formar bucles de ADN, otra proteína, SGO1, se une a la cohesina para mantener unidos los cromosomas para la división celular.
Los investigadores determinaron la estructura espacial de SGO1. Para su sorpresa, resultó que la proteína tenía los mismos componentes básicos y, por lo tanto, también encajaba en la cerradura de cohesina como llave molecular. Rowland: “Este resultado fue fascinante. De hecho, estas dos proteínas parecen ser solo la punta del iceberg de un mecanismo universal por el cual las células estructuran los cromosomas”.
Ambos estudios no tienen aplicaciones directas, dicen los científicos. “Es especialmente importante comprender cómo funciona la cohesina porque desempeña un papel crucial en la estructura cromosómica de todos los organismos”, dice Rowland.