En una clase de aproximadamente 30 trastornos neurológicos que incluye ALS, enfermedad de Huntington y síndrome de X frágil, el gen mutante relevante presenta secciones de secuencias de pares de bases repetitivas conocidas como repeticiones en tándem cortas o STR. Las personas sanas tienen STR de longitudes normales distribuidas a través desu ADN. Sin embargo, para las personas con enfermedades de expansión de repetición de trinucleótidos TNR, los STR en los genes mutantes son inestables: el número de repeticiones se expande en longitudes ultra largas que están relacionadas con la patología de la enfermedad.
Investigadores de la Universidad de Pensilvania han encontrado otro hilo común que une casi todas las enfermedades de expansión TNR: los complicados patrones 3D en los que se pliega el ADN para encajar en el núcleo de la célula. Descubrieron que casi todosLos RTS que se sabe que crecen inestables en la enfermedad se encuentran en los límites que separan los dominios plegados vecinos.
Los investigadores también crearon mapas plegables del genoma de alta resolución alrededor del gen FMR1 en pacientes con síndrome de X frágil y en individuos sanos. Descubrieron que el genoma 3D estaba mal plegado en la enfermedad; el límite se destruyó alrededor de FMR1 en todos los pacientes con Fragile X quetambién tenía expansión STR patológica y silenciamiento FMR1.
Los hallazgos establecen una fuerte correlación entre el plegamiento incorrecto del genoma 3D, la inestabilidad de repetición en tándem corta y la alteración genética patológica en estas enfermedades mortales y debilitantes, lo que sugiere nuevas preguntas de investigación cuyas respuestas podrían mejorar el diagnóstico o el tratamiento.
La investigación fue dirigida por Jennifer E. Phillips-Cremins, profesora asistente en el Departamento de Bioingeniería de Penn Engineering y en el Departamento de Genética de la Escuela de Medicina Perelman, junto con James Sun y Linda Zhou, miembros de su laboratorio.
Su estudio fue publicado en la revista Celda .
El núcleo del misterio detrás de las enfermedades TNR es lo que hace que sus secuencias repetitivas se expandan patológicamente. Los mismos patrones repetitivos exactos aparecen en cientos de miles de otras ubicaciones a lo largo del genoma lineal, en genes y regiones no codificantes por igual, pero sonno se sabe que se vuelve inestable.
"Quería trabajar en este proyecto porque me fascinaba la idea de que el plegamiento del genoma 3D, algo de lo que apenas había oído hablar antes de unirme al laboratorio de Cremins, podría ser la pieza que falta para comprender por qué ciertas partes del genomase comportan como lo hacen ", dice Zhou." En este caso, ¿por qué el ADN repetitivo en ciertos genes puede volverse inestable mientras que otros no? "
El mapeo de los patrones de plegado 3D del ADN solo se ha hecho posible recientemente, por lo que los genes relacionados con las enfermedades TNR se han estudiado predominantemente a través de sus secuencias lineales.
Los hallazgos de los investigadores fueron permitidos por la técnica del Laboratorio Cremins para producir mapas de plegamiento del genoma. Al fijar el ADN de tal manera que sus patrones de plegamiento 3D se conservan antes de la secuenciación, dos partes distantes de la secuencia lineal terminarán en la misma cadena deADN híbrido y, por lo tanto, se detectarán juntos cuando se secuencia el ADN. El mapeo estadístico de estas asociaciones proporciona una imagen de alta definición de las cuales partes dispares de una secuencia lineal están en contacto físico, y por lo tanto pueden afectar la expresión génica del otro, cuando elel genoma está en su estado plegado.
Alejado, este mapa parece una línea de ciudades densamente pobladas, separadas entre sí por tramos de carretera. Cada una de estas "ciudades" es un dominio asociado topológicamente, o TAD, y contiene secuencias que están en contacto físico conuno al otro. Las carreteras entre las ciudades se conocen como límites; contienen secuencias de enlace que impiden físicamente que los TAD vecinos interactúen entre sí.
Al tratar de determinar qué hace que las repeticiones inestables asociadas con enfermedades TNR sean diferentes de sus contrapartes estables, los investigadores consideraron si su ubicación con respecto a los patrones de plegamiento del genoma desempeñó un papel.
"Cada individuo humano tiene cientos de miles de tractos de repetición en tándem cortos distribuidos por todo su genoma. Las repeticiones exhiben una amplia variación en la secuencia, ubicación en el cuerpo del gen, rangos de longitud normal y de mutación, los tipos de células que afectan y los fenotipos que producen", Dice Phillips-Cremins." Pero, para el puñado de tractos cortos repetidos en tándem que se sabe que crecen inestables en la enfermedad, casi todos están localizados específicamente en los límites de plegamiento del genoma ".
La fuerza de esta correlación planteó de inmediato preguntas de causalidad para los investigadores: ¿los límites proporcionan un entorno local donde el genoma es susceptible a las repeticiones, o las repeticiones determinan la ubicación de un límite de alguna manera?
"Estudios recientes han proporcionado pruebas contundentes de que el genoma 3D puede estar mal plegado en cánceres y trastornos específicos del desarrollo de las extremidades", dice Phillips-Cremins. "Cuando iniciamos nuestros estudios para comprender la relación de causa y efecto entre la colocación de límites yRepetir la expansión, también comenzamos a preguntarnos si observaríamos cambios topológicos en las enfermedades TNR o si los límites permanecieron intactos en los lugares de inestabilidad repetida ".
En colaboración con Beverly Davidson del Hospital de Niños de Filadelfia y Flora Tassone de UC Davis, Phillips-Cremins y sus coautores estudiaron tejido cerebral y células B donadas de pacientes con síndrome de Fragile X y las compararon con células donadas por sus hermanos sanos.
"Descubrimos que en el Síndrome de X Frágil, la principal causa de discapacidad intelectual en los Estados Unidos, el ADN está mal plegado precisamente en el mismo lugar donde se produce el defecto genético y el silenciamiento genético patógeno", dice Sun.perfil de muchas preguntas importantes sobre la relación entre el plegamiento del genoma, la expansión repetida y el silenciamiento génico, que esperamos que algún día conduzca a ideas que puedan inspirar opciones terapéuticas para los niños afectados con la enfermedad ".
Que el límite del hogar del gen Frágil X se destruya es muy sugestivo de que este cambio está relacionado con el silenciamiento genético de la enfermedad. Las cuestiones de causalidad deberán abordarse antes de que los investigadores comprendan completamente el papel del plegamiento. La tecnología de edición genética CRISPR / recientemente desarrolladaCas9 permitirá a Phillips-Cremins y sus colegas realizar experimentos que exploren el papel causal potencial del genoma 3D en la expansión repetida.
"Estamos tremendamente entusiasmados de examinar si el plegamiento genómico 3D en el síndrome de X frágil y cómo está relacionado causalmente con el silenciamiento de la expresión génica en esta enfermedad. En nuestros estudios en curso, queremos determinar si el silenciamiento génico interrumpe el límite,o si la alteración de los límites silencia el gen ", dice Phillips-Cremins." Los estudios mecanicistas se han centrado predominantemente en el ADN lineal hasta ahora, pero ahora podemos agregar una nueva tercera dimensión para comprender los fundamentos genéticos de las enfermedades TNR ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Pennsylvania . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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