Un grupo coordinado por la Escuela Internacional de Estudios Avanzados SISSA en Trieste ha construido un modelo de computadora tridimensional del genoma humano. La forma del ADN así como su secuencia afecta significativamente los procesos biológicos y, por lo tanto, es crucial paraentendiendo su función. Este nuevo estudio ha proporcionado una primera identidad tridimensional, aproximada pero realista, del genoma humano. Gracias a las características del nuevo método, la reconstrucción estructural basada tanto en información experimental como en métodos estadísticos será refinada como nueva.los datos experimentales están disponibles. El estudio, realizado en colaboración con la Universidad de Oslo, acaba de ser publicado en Informes científicos un diario de la Naturaleza grupo.
La secuenciación del genoma es un hito en la biología moderna, ya que permite el acceso a la "lista de instrucciones" completa la secuencia química de la composición genética para el desarrollo y la función de los organismos. La secuenciación del genoma es un poco como escribir el orden exactodel color de las cuentas en un collar: saber cómo están organizadas a lo largo del hilo no nos da ninguna indicación sobre la forma del collar. La forma de la hebra de ADN puede ser muy compleja, dado que los cromosomas están dispuestos librementemaraña caótica en el núcleo celular. Dado que la forma de los cromosomas puede tener un efecto decisivo en su función, es importante que se caracterice, en parte porque los científicos piensan que la maraña de ADN en el núcleo es aparentemente aparentemente caótica y que en cambiouna "geografía" específica para cada tejido y etapa de la vida celular.
"Llegar a una descripción precisa de la forma del enredo de ADN es, por desgracia, increíblemente complicado", explica Cristian Micheletti, profesor de SISSA y coordinador del nuevo estudio. "En nuestro caso, utilizamos datos experimentales sobre 'pares de proximidad'".
"Imagine tener que crear un mapa de una ciudad", explica, "basándose solo en información como 'la oficina de correos está enfrente de la estación', 'el químico está cerca del gimnasio', 'el mercado de frutas y verduras estácerca del campo de fútbol "y así sucesivamente. Si solo tiene un pequeño número de tales declaraciones, su mapa será aproximado y en algunos casos indeterminado. Pero si tiene cientos, miles o incluso más, entonces su mapa se convertirácada vez más preciso y exacto. Esta es la lógica que seguimos "
"Pares de proximidad", por lo tanto, se refiere a la información sobre la proximidad de dos puntos en el mapa. En el caso del ADN nuclear, esta información fue proporcionada por una técnica que Micheletti define como "brillante" conocida como Hi-C, desarrolladapor grupos de investigación norteamericanos en 2010. En esta técnica químico-física, los fragmentos de genoma ubicados cerca uno del otro en el núcleo se unen y luego se identifican por su secuencia. Al recopilar grandes cantidades de estos pares de proximidad, los científicos descubrieron qué puntoslos cromosomas se encuentran cerca uno del otro en el núcleo. Si bien esta es hoy la técnica más poderosa para investigar la organización del ADN en el núcleo, todavía es inadecuada para inferir su forma general ". Por esta razón, pensamos que trataríamos de ir" más allá", comenta Micheletti.
Mapeo de "vecinos"
"Utilizamos una base de datos pública de pares de proximidad inicialmente derivados de un solo experimento Hi-C. La base de datos contenía información sobre cientos de miles de pares de proximidad", explica Marco Di Stefano, un investigador que completó su doctorado en SISSA en 2014 con este proyecto y primer autor del artículo. Di Stefano es actualmente un doctorado en el Centro Nacional de Análisis Genómico de Barcelona. Los investigadores crearon un modelo virtual de grano grueso de todos los cromosomas en un tridimensional "básico"conformación. Luego identificaron la posición de los dos bits de ADN de cada par de proximidad, para acercarlos entre sí doblando adecuadamente la cadena.
"Al repetir esta operación para todos los pares de proximidad conocidos experimentalmente, obtuvimos una estructura enredada, aunque no aleatoria, que reveló la forma de todos los cromosomas del genoma humano, que yacían ocultos en los datos", explica Di Stefano.sin decir que cuanto mayor sea el número de pares utilizados, más preciso será el modelo 3D resultante ".
De hecho, después de esta primera fase, Micheletti y sus colegas agregaron una nueva serie de datos experimentales al modelo. "Justo cuando estábamos trabajando en el proyecto, se publicó un conjunto nuevo y más detallado de datos Hi-C, de modo quetambién los usamos ", dice Micheletti." A decir verdad, teníamos algunas preocupaciones de que nuestro nuevo método podría no ser lo suficientemente robusto y que el nuevo conjunto de datos podría chocar y 'estropear' el modelo 3D obtenido previamente. Pero, casipara nuestra sorpresa, vimos que la conformación se mantuvo bastante similar. No solo, los nuevos datos simplemente refinaron el modelo y casi por arte de magia las diversas áreas de los cromosomas se posicionaron en las ubicaciones correctas del núcleo. Esto encontramos aún másconvincente que haber logrado describir los datos reales con un buen grado de aproximación, y esperamos que en el futuro los datos recopilados nos permitan revelar con mayor detalle la forma del ADN encerrado en nuestras células ".
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Materiales proporcionado por Sissa Medialab . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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