Los investigadores han fotografiado con un detalle sin precedentes la estructura tridimensional del ADN superenrollado, revelando que su forma es mucho más dinámica que la conocida doble hélice.
Investigadores del Baylor College of Medicine en los EE. UU. Tomaron imágenes de varias formas de ADN, incluidas las figuras 8, utilizando una potente técnica de microscopía, y luego las examinaron utilizando simulaciones de supercomputadora en la Universidad de Leeds.
Como se informó en línea hoy en la revista Comunicaciones de la naturaleza , las simulaciones también muestran la naturaleza dinámica del ADN, que constantemente se mueve y transforma en diferentes formas, muy lejos de la idea común de una estructura rígida y estática de doble hélice.
Mejorar nuestra comprensión de cómo se ve el ADN cuando está en la célula nos ayudará a diseñar mejores medicamentos, como nuevos antibióticos o quimioterapias contra el cáncer más efectivas.
La Dra. Sarah Harris, de la Facultad de Física y Astronomía de la Universidad de Leeds, que dirigió el lado de la investigación de simulación por computadora del estudio, dijo: "Esto se debe a que la acción de las moléculas del fármaco depende de que reconozcan una forma molecular específica:como una llave se ajusta a una cerradura particular "
La forma de doble hélice tiene un lugar firme en la conciencia colectiva del público. Se hace referencia en la cultura popular y a menudo aparece en el arte y el diseño. Pero la forma del ADN no siempre es tan simple.
El Dr. Harris dijo: "Cuando Watson y Crick describieron la doble hélice de ADN, estaban mirando una pequeña parte de un genoma real, solo alrededor de una vuelta de la doble hélice. Esto es aproximadamente 12 'pares de bases' de ADN, que sonLos bloques de construcción de ADN que forman los peldaños de la escalera helicoidal.
"Nuestro estudio analiza el ADN en una escala algo mayor: varios cientos de pares de bases, e incluso este aumento de tamaño relativamente modesto revela una riqueza completamente nueva en el comportamiento de la molécula de ADN".
En realidad, hay alrededor de 3 mil millones de pares de bases que componen el conjunto completo de instrucciones de ADN en humanos. Esto es aproximadamente un metro de ADN. Esta enorme cadena de información molecular tiene que organizarse con precisión enrollandola firmemente para que puedaser exprimido en el núcleo de las células.
Para estudiar la estructura del ADN cuando está repleto de células, los investigadores necesitaban replicar esta espiral de ADN.
La Dra. Lynn Zechiedrich, autora correspondiente del estudio del Baylor College of Medicine, dijo: "No se puede enrollar el ADN lineal y estudiarlo, así que tuvimos que hacer círculos para que los extremos atraparan los diferentes grados de enrollamiento"."
Para investigar cómo el devanado cambió el aspecto de los círculos, los investigadores hirieron y luego desenrollaron los pequeños círculos de ADN, 10 millones de veces más cortos que el ADN contenido en nuestras células, un solo giro a la vez.
Los investigadores idearon una prueba para asegurarse de que los pequeños círculos de ADN retorcidos que formaron en el laboratorio actuaran de la misma manera que los filamentos de ADN de longitud completa dentro de nuestras células, cuando se conoce como 'biológicamente activo'.
Utilizaron una enzima llamada 'alfa de topoisomerasa humana II' que manipula el giro del ADN. La prueba mostró que la enzima alivia el estrés de todos los círculos superenrollados, incluso los más enrollados, que es su trabajo normal en elcuerpo humano. Este resultado significa que el ADN en los círculos debe verse y actuar como el ADN mucho más largo que la enzima encuentra en las células humanas.
La Dra. Rossitza Irobalieva, coautora principal de la publicación, que realizó el trabajo mientras estaba en Baylor, utilizó la 'tomografía crioelectrónica', una potente técnica de microscopía que consiste en congelar material biológicamente activo para proporcionar el primerimágenes tridimensionales de moléculas de ADN circulares individuales. Ella vio que enrollar los pequeños círculos de ADN los hacía formar un zoológico de formas hermosas e inesperadas.
"Algunos de los círculos tenían curvas cerradas, algunos eran de figura 8 y otros parecían esposas o raquetas o incluso agujas de coser. Algunos parecían varillas porque estaban muy enrollados", dijo el Dr. Irobalieva.
Las imágenes estáticas producidas por la tomografía crioelectrónica se compararon y se combinaron con formas generadas en simulaciones de supercomputadora que se ejecutaron en la Universidad de Leeds. Estas imágenes simuladas proporcionaron una vista de mayor resolución del ADN y muestran cómo su dinámicael movimiento hace que su forma cambie constantemente para formar una miríada de estructuras.
La tomografía crioelectrónica de los pequeños círculos de ADN también reveló otro hallazgo sorpresa.
Los pares de bases en el ADN son como un alfabeto genético, en el que las letras en un lado de la doble hélice del ADN solo se emparejan con una letra particular en el otro lado. Mientras que los investigadores esperaban ver la apertura de los pares de bases, es decir, la separación de las letras emparejadas en el alfabeto genético: cuando el ADN estaba debajo de la herida, se sorprendieron al ver esta apertura para el ADN sobreenrollado. Esto se debe a que se supone que el arrollamiento excesivo hace que la doble hélice del ADN sea más fuerte.
Los investigadores plantean la hipótesis de que esta interrupción de los pares de bases puede causar bisagras flexibles, permitiendo que el ADN se doble bruscamente, tal vez ayudando a explicar cómo un metro de ADN se puede atascar en una sola célula humana
El Dr. Harris concluye: "Estamos seguros de que las supercomputadoras desempeñarán un papel cada vez más importante en el diseño de medicamentos. Estamos tratando de hacer un rompecabezas con millones de piezas, y todas siguen cambiando de forma".
Video: las simulaciones de supercomputadora muestran cómo el movimiento dinámico del ADN superenrollado hace que su forma cambie constantemente para formar una miríada de estructuras. http://drive.google.com/folderview?id=0B691WmQZab8LdTRNWlFKZHNvSDA&usp=sharing Crédito de video: Thana Sutthibutpong
Ver investigadores que explican el ADN superenrollado en una parodia de Meghan Trainor "Todo sobre esa base" http://www.youtube.com/watch?v=gwy2lD1reos
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Leeds . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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