Cada animal comienza como un grupo de células, que con el tiempo se multiplican y maduran en muchos tipos diferentes de células, tejidos y órganos. Esto es biología fundamental. Sin embargo, los detalles de este proceso siguen siendo en gran parte misteriosos. Ahora, los científicos delLa Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill ha comenzado a desentrañar una parte importante de ese misterio.
Usando la mosca de la fruta Drosophila , un modelo de laboratorio estándar para estudiar biología animal, los investigadores descubrieron una cascada de señales moleculares que programan la actividad genética para conducir la mosca de una etapa de maduración a la siguiente, como un bebé que se convierte en un adulto. Parte de esta programación,descubrieron que implica alteraciones en la forma en que se empaqueta el ADN. Estas alteraciones abren ciertas regiones del ADN para permitir la actividad del gen y cierran otras regiones para evitar la actividad del gen. Los científicos encontraron evidencia de que estos cambios en la accesibilidad del ADN ocurren en secuencia.
"Finalmente estamos llegando a uno de los mecanismos centrales en biología, que determina el momento y la secuencia de eventos en el desarrollo normal de los animales a nivel de nuestros genes", dijo Daniel J. McKay, PhD, profesor asistente de genética enla Facultad de Medicina y Biología de la UNC en la Facultad de Artes y Ciencias de la UNC.
Este hallazgo de biología básica también podría tener importancia para la salud humana. Los cambios en la reprogramación celular que los científicos observaron en las moscas jóvenes pueden ocurrir de manera inapropiada en células humanas adultas, por ejemplo, estimulando el cáncer.
"Esperamos que este trabajo nos ayude a comprender mejor lo que sale mal en el cáncer y otras enfermedades", dijo McKay.
En el estudio, publicado en Genes y desarrollo McKay y sus colegas comenzaron examinando el impacto molecular de la ecdisona de la hormona de la mosca de la fruta, que hace que un insecto joven elimine su forma anterior y adopte una nueva a medida que avanza hacia la madurez.
Los científicos saben que la ecdisona se une a un receptor, EcR, en los núcleos de las células a través de los cuerpos de los insectos. EcR es un factor de transcripción, un interruptor genético maestro. Cuando se une a la ecdisona, se activa un conjunto particular de genes. Yesos genes, a su vez, están involucrados en el desarrollo de proteínas, las máquinas de la biología.
Analizando Drosophila las células del ala, McKay y sus colegas encontraron evidencia de que el desarrollo del ala se produce a través de una cascada de estos cambios en la actividad genética.
"Encontramos genes de primer nivel que responden inmediatamente a la ecdisona, y luego, junto con EcR, activan un segundo nivel de genes, y luego estos dos niveles de genes, que operan en concierto, actúan en un tercer nivel,"dijo McKay." Así que observamos estas olas de cambios en la expresión génica que impulsan el desarrollo del tejido del ala ".
Utilizando tecnologías de secuenciación de todo el genoma, el equipo de McKay descubrió que estos cambios en la expresión génica están asociados con cambios en la forma en que se "empaqueta" el ADN
el ADN se enrolla alrededor de proteínas de soporte llamadas histonas, y esta combinación de histona-ADN se llama cromatina.
Cuando la cromatina está relativamente floja y abierta, los genes pueden volverse activos. Cuando la cromatina está apretada y cerrada, la mayoría de los genes están silenciados. McKay y sus colegas descubrieron que la ecdisona activa algunos genes para producir proteínas especiales del factor de transcripción que abren o cierran la cromatina. Esta alteraciónde cromatina representa una reprogramación fundamental de las células.
McKay y sus colegas habían demostrado en trabajos anteriores que el patrón de accesibilidad a la cromatina en la mosca de la fruta parece cambiar significativamente en el transcurso del desarrollo, pero puede ser muy similar en cualquier momento a través de los tejidos de la mosca.
Para los científicos, estos hallazgos sugieren colectivamente que los cambios en la cromatina conducen a cascadas de actividad genética que impulsan el desarrollo de la mosca. Es decir, los cambios en la cromatina, con el tiempo, ayudarían a reforzar el momento de los diversos procesos en curso durante el desarrollo biológico.Y estos cambios representan un importante mecanismo de desarrollo, uno que probablemente funcione en los humanos.
McKay y su equipo planean más investigaciones para estudiar cómo estas cascadas de cambios en la accesibilidad a la cromatina y la actividad genética difieren de una parte de la mosca a otra.
Como señala McKay, esta área de investigación podría tener relevancia más allá de la biología del desarrollo. La expresión de los genes de crecimiento y supervivencia es normal durante el desarrollo biológico temprano, cuando somos jóvenes. Pero las células cancerosas, por ejemplo, usan esos genes para mantenerseproliferación fuera de control para causar enfermedad.
Por lo tanto, comprender los factores moleculares que abren o cierran la cromatina, y permiten o cierran la actividad de estos poderosos genes, puede dar a los biólogos una mejor idea de cómo surgen los cánceres. Armados con ese conocimiento, los científicos podrían intentar crear másarmas precisas para combatir las células cancerosas.
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Materiales proporcionado por Cuidado de la salud de la Universidad de Carolina del Norte . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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