Los científicos de la Universidad de Rice que intentan resolver el rompecabezas definitivo, la arquitectura del genoma humano, han colocado otra pieza en su lugar.
Investigadores del Centro de Rice de Física Biológica Teórica han desarrollado un modelo para explicar una parte del mecanismo, el plegamiento de los cromosomas durante la interfase de una célula. Su trabajo ofrece la posibilidad de predecir la organización tridimensional de genomas completos a partir de unadatos dimensionales.
Los investigadores han utilizado información experimental sobre un cromosoma humano para crear su modelo de cromatina mínima MiChroM y han demostrado que su modelo genera estructuras tridimensionales precisas para todos los demás cromosomas en la célula.
La nueva herramienta computacional ayudará a los investigadores a comprender cómo la arquitectura del genoma contribuye al desarrollo y diferenciación celular.
El artículo se entregará esta semana en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias sugiere que un verdadero modelo de arquitectura cromosómica debería incluir no solo el código incrustado en el ADN de uno, sino también todo el complejo de moléculas en el núcleo celular, conocido colectivamente como cromatina, ya que todas influyen en la disposición tridimensional del genoma.
Según los investigadores de Rice, todos estos factores se pueden recapitular subdividiendo la cromatina en unos pocos tipos en función de sus interacciones bioquímicas. Dicen que esto simplifica el modelo y sugiere la existencia de un código oculto en el genoma.
"Los cromosomas son polímeros muy largos", dijo la investigadora postdoctoral de Rice, Michele Di Pierro, coautora principal con el ex investigador postdoctoral Bin Zhang, ahora profesor asistente en el Instituto de Tecnología de Massachusetts. "La forma en que se comprimen de una manera muyel espacio pequeño es específico de la célula: una célula pulmonar será diferente de una célula cerebral o una célula hepática. Parte de la diferencia entre estas células se almacena en la forma en que el cromosoma se pliega dentro del núcleo.
"Entonces, aunque tenemos el mismo ADN en cada célula, la información sobre diferentes pliegues en diferentes células, que es importante para el desarrollo y la diferenciación celular, está en otro lugar. Se sabe que esta información está parcialmente contenida en la epigenética y no enADN ", dijo Di Pierro.
"Los tipos de cromatina no son simplemente secuencias de ADN", dijo el biofísico y coautor José Onuchic. "Los tipos están determinados por el ADN, las histonas y sus modificaciones bioquímicas, y todas las proteínas del núcleo celular. Todos estos factores son partede lo que entendemos por epigenética y todos tienen un impacto en la organización de los cromosomas y el desarrollo celular ".
El equipo de Rice utilizó datos extraídos de experimentos Hi-C, que identifican los contactos formados entre partes lejanas de los cromosomas a medida que se pliegan y se enroscan dentro del núcleo celular. Erez Lieberman Aiden, investigador de Rice y de Baylor College of Medicine y un co-autor del nuevo estudio, dirigió el equipo que creó originalmente Hi-C.
Más recientemente, los científicos de su laboratorio informaron del mapa Hi-C de mayor resolución jamás generado, un conjunto de datos 1000 veces el tamaño del genoma humano. Los investigadores de Rice, dirigidos por Onuchic y el biofísico Peter Wolynes, utilizaron este inmenso conjunto de datos para versi los cromosomas simulados con MiChroM coincidían con los reales. Lo hicieron.
MiChroM "explica la física del sistema", dijo Di Pierro. "Es notablemente eficiente para predecir muchos de los comportamientos y efectos conocidos, mucho más allá de lo que está integrado en el modelo. Esta es una buena indicación de que la física es correcta.
"Todavía no está claro cómo la epigenética conduce a diferentes pliegues en diferentes células", dijo. "Pero aquí estamos comenzando a establecer un vínculo entre las modificaciones bioquímicas a través de la epigenética y la estructura".
Los investigadores aplicaron principios similares a los que utilizaron para ser pioneros en el plegamiento de proteínas, en los que la secuencia de aminoácidos en una proteína define su paisaje energético; esto a su vez prescribe cómo se plegará. En la investigación actual, muestran la secuencia delos tipos de cromatina determinan el plegamiento del genoma.
"Estamos creando una herramienta que nos permite predecir la conformación cromosómica a partir de un conjunto limitado de información", dijo Di Pierro. "Esto es parte de un proceso en el que estamos invirtiendo mucho esfuerzo".
El objetivo del equipo de Rice es simular los mecanismos del genoma humano a través de todas sus fases. En trabajos anteriores se han estudiado los detalles mecánicos del proceso que tiene lugar cuando una célula pasa de la interfase, en la que pasa la mayor parte de su tiempo, ael dramático evento de la mitosis.
"El nuevo artículo es un paso hacia la vida normal de una célula y nos permite estudiar cómo su organización tridimensional afecta su función", dijo Wolynes. "El avance que se ha logrado en este artículo pronto nos dará laherramientas para estudiar los cromosomas sin necesidad de datos experimentales estructurales ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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