Un nuevo estudio realizado por investigadores de la Universidad de Princeton sugiere que las explosiones esporádicas de actividad genética pueden ser características importantes de la regulación genética en lugar de solo percances ocasionales. Los investigadores descubrieron que fragmentos de ADN llamados potenciadores pueden aumentar la frecuencia de las explosiones, lo que sugiere que estas explosionesdesempeñar un papel en el control de genes.
Los investigadores analizaron videos de Drosophila embriones de mosca sometidos a transcripción de ADN, el primer paso en la activación de genes para producir proteínas. En un estudio publicado en la revista Celda el 14 de julio, los investigadores descubrieron que colocar potenciadores en diferentes posiciones en relación con sus genes objetivo resultó en cambios dramáticos en la frecuencia de los estallidos.
"La importancia de las explosiones transcripcionales es controvertida", dijo Michael Levine, profesor de Genómica Anthony B. Evnin '62 de Princeton y director del Instituto Lewis-Sigler de Genómica Integrativa ". Si bien nuestro estudio no prueba que todos los genes se sometanEstallido transcripcional, descubrimos que cada gen que observamos mostró estallido, y estos son los genes críticos que definen en qué se convertirá el embrión. Si vemos estallido aquí, lo más probable es que lo veamos en otro lugar ".
La transcripción de ADN ocurre cuando una enzima conocida como ARN polimerasa convierte el código de ADN en un código de ARN correspondiente, que luego se traduce en una proteína. Los investigadores se sorprendieron al descubrir hace unos diez años que la transcripción puede ser esporádica y variable en lugar deliso y continuo.
En el estudio actual, Takashi Fukaya, investigador postdoctoral, y Bomyi Lim, investigador asociado posdoctoral, ambos trabajando con Levine, exploraron el papel de los potenciadores en el estallido transcripcional. Los potenciadores son reconocidos por las proteínas de unión al ADN para aumentar o disminuirtasas de transcripción, pero los mecanismos exactos son poco conocidos.
Hasta hace poco, era imposible visualizar la transcripción en embriones vivos debido a los límites en la sensibilidad y resolución de los microscopios de luz. Un nuevo método desarrollado hace tres años ahora lo ha hecho posible. La técnica, desarrollada por dos grupos de investigación separados, uno en Princetondirigido por Thomas Gregor, profesor asociado de física y el Instituto Lewis-Sigler de Genómica Integrativa, y el otro dirigido por Nathalie Dostatni en el Instituto Curie en París, implica colocar etiquetas fluorescentes en las moléculas de ARN para hacerlas visibles bajo el microscopio.
Los investigadores utilizaron esta técnica de imágenes en vivo para estudiar los embriones de mosca en una etapa clave de su desarrollo, aproximadamente dos horas después del inicio de la vida embrionaria donde los genes experimentan una transcripción rápida y furiosa durante aproximadamente una hora. Durante este período, los investigadoresobservó un aumento significativo del estallido, en el que las enzimas ARN polimerasa produjeron un segmento de ARN recién transcrito cada 10 o 15 segundos durante un período de quizás 4 o 5 minutos por estallido. Luego, los genes se relajaron durante unos minutos, seguidos deotro episodio de estallido.
El equipo luego analizó si la ubicación del potenciador, ya sea aguas arriba del gen o aguas abajo, influyó en la cantidad de estallido. En dos experimentos diferentes, Fukaya colocó el potenciador ya sea aguas arriba del promotor del gen o aguas abajo delgen y vieron que las diferentes posiciones del potenciador dieron como resultado respuestas distintas. Cuando los investigadores colocaron el potenciador aguas abajo del gen, observaron ráfagas periódicas de transcripción. Sin embargo, cuando posicionaron el potenciador aguas arriba del gen, los investigadores vieron algunas fluctuaciones pero no discretasráfagas. Descubrieron que cuanto más cerca está el potenciador del promotor, más frecuente es el estallido.
Para confirmar sus observaciones, Lim aplicó más métodos de análisis de datos para calcular la cantidad de estallido que vieron en los videos. El equipo descubrió que la frecuencia de los estallidos estaba relacionada con la fuerza del potenciador en la regulación positiva de la expresión génica.produjo más explosiones que potenciadores débiles. El equipo también demostró que insertar un segmento de ADN llamado aislante reduce la cantidad de explosiones y reduce la expresión génica.
En una segunda serie de experimentos, Fukaya demostró que un único potenciador puede activar simultáneamente dos genes que se encuentran a cierta distancia en el genoma y tienen promotores separados. Originalmente se pensó que dicho potenciador facilitaría la explosión en un promotor en untiempo, es decir, llegaría a un promotor, se demoraría, produciría un estallido y saldría. Luego, seleccionaría aleatoriamente uno de los dos genes para otra ronda de estallido. Sin embargo, lo que se observó fue que el estallido ocurría simultáneamenteen ambos genes.
"Nos sorprendió este resultado", dijo Levine. "¡De vuelta a la mesa de dibujo! Esto significa que los modelos tradicionales para las interacciones de bucle potenciador-promotor simplemente no son del todo correctos", dijo Levine. "Puede ser que los promotores puedanpasar al potenciador debido a la formación de bucles cromosómicos. Esa es la siguiente área para explorar en el futuro ".
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Materiales proporcionados por Universidad de Princeton . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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