Los investigadores han capturado un video que muestra cómo los fragmentos de ADN que alguna vez se consideraron inútiles pueden actuar como interruptores de activación / desactivación de genes.
Estas piezas de ADN son parte de más del 90 por ciento del material genético que no son genes. Los investigadores ahora saben que este "ADN basura" contiene la mayor parte de la información que puede activar o desactivar los genes. Pero cómo estos segmentos de ADN,llamados potenciadores, encontrar y activar un gen diana en el entorno abarrotado del núcleo de una célula no se entiende bien.
Ahora, un equipo dirigido por investigadores de la Universidad de Princeton ha capturado cómo sucede esto en las células vivas. El video permite a los investigadores ver los potenciadores a medida que encuentran y se conectan a un gen para iniciar su actividad. El estudio fue publicado en la revista Genética de la naturaleza .
Los análisis de cómo los potenciadores activan los genes pueden ayudar a comprender el desarrollo normal, cuando incluso pequeños errores genéticos pueden provocar defectos de nacimiento. El momento de la activación genética también es importante en el desarrollo de muchas enfermedades, incluido el cáncer.
"La clave para curar tales condiciones es nuestra capacidad para dilucidar los mecanismos subyacentes", dijo Thomas Gregor, profesor asociado de física y el Instituto Lewis-Sigler de Genómica Integrativa. "El objetivo es utilizar estas reglas para regular y restablecerdiseñar los programas subyacentes a los procesos de desarrollo y enfermedad "
Como su nombre lo indica, los potenciadores activan la expresión de otros genes. En el genoma de los mamíferos, se estima que hay entre 200,000 y 1 millón de potenciadores, y muchos se encuentran muy lejos en la cadena de ADN del gen que regulan, lo que plantea la preguntade cómo los segmentos reguladores pueden localizar y conectarse con sus genes objetivo.
Muchos estudios previos sobre potenciadores se realizaron en células no vivas debido a la dificultad para obtener imágenes de la actividad genética en organismos vivos. Dichos estudios solo dan instantáneas a tiempo y pueden pasar por alto detalles importantes.
En el nuevo estudio, los investigadores utilizaron técnicas de imagen desarrolladas en Princeton para rastrear la posición de un potenciador y su gen objetivo al mismo tiempo que monitorean la actividad del gen en embriones de mosca vivos.
"Este estudio brinda la oportunidad única de observar en tiempo real cómo dos regiones de ADN interactúan entre sí", dijo Michal Levo, investigador postdoctoral en el Instituto Lewis-Sigler. "Podemos monitorear a tiempo dónde el potenciador yel gen se encuentra físicamente y simultáneamente mide la actividad del gen en un intento de relacionar estos procesos "
El video demuestra que el contacto físico entre el potenciador y el gen es necesario para activar la transcripción, el primer paso para leer las instrucciones genéticas. Los potenciadores permanecen conectados al gen todo el tiempo que está activo. Cuando el potenciador se desconecta, la actividad del gense detiene
Los investigadores también encontraron que durante la transcripción, la estructura formada por el potenciador y el gen se vuelve más compacta, lo que sugiere un cambio en el ADN en esa región.
Dado que puede haber numerosos genes entre el potenciador y su objetivo, es notable que los potenciadores puedan alcanzar el objetivo exacto en el momento adecuado para que ese gen se active, dijeron los investigadores.
El equipo cree que la solución se puede encontrar en la envoltura única del ADN dentro de nuestras células. El potenciador y el gen pueden estar separados por media pulgada cuando el ADN se estira en una línea, pero cuando se empaqueta en la célula, con proteínas específicasfacilitando las interacciones físicas, podrían estar considerablemente más cerca.
"A través de este estudio, podemos ver la relación entre las configuraciones estructurales del ADN y la activación de genes", dijo Hongtao Chen, investigador postdoctoral en el Instituto Lewis-Sigler y autor principal del estudio.
El video proporciona evidencia contra un modelo favorito conocido como el "modelo de golpear y correr", donde el potenciador no necesita permanecer unido al gen durante la transcripción.
El equipo también demostró que a veces el potenciador y el gen se encontraron y conectaron, pero no se produjo la activación del gen, un hallazgo que planean explorar más a fondo.
Para capturar el video de un potenciador en contacto con un gen, Chen colocó etiquetas fluorescentes al potenciador y su gen objetivo. Los potenciadores examinados son los de un gen llamado Eva, y dan lugar a un patrón de siete rayas que se forma en la superficiedel embrión en desarrollo después de aproximadamente tres horas.
Además, Chen conectó un sistema de marcado fluorescente separado al gen objetivo que se ilumina cuando el gen se activa y se somete a una transcripción para producir una lectura intermedia del código genético, una molécula llamada ARN. El equipo de Gregor en Princeton desarrolló previamente un método deagregar etiquetas fluorescentes al ARN a medida que se crea para obtener una lectura en tiempo real de la expresión génica en embriones de mosca.
El estudio incluyó el trabajo de Lev Barinov, un estudiante graduado en biología molecular en Princeton, y Miki Fujioka y James Jaynes en la Universidad Thomas Jefferson. Gregor está afiliado con Princeton y el Institut Pasteur en París.
Este estudio fue financiado por los Institutos Nacionales de Salud subvenciones U01 EB021239, R01 GM097275 y R01 GM117458 y la National Science Foundation subvención PHY-1734030.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Princeton . Original escrito por Kevin McElwee. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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