Un equipo dirigido por investigadores del Baylor College of Medicine descubrió que las células de mamíferos individuales en una población no responden sincrónicamente a la estimulación de estrógenos, ni tampoco las copias de genes individuales, conocidas como alelos. Los hallazgos, publicados en la edición reciente deel periódico Investigación de ácidos nucleicos también mostró que ni el nivel del receptor de estrógenos ni su estado de activación determinaron las respuestas celulares asincrónicas.
Sin embargo, un inhibidor de molécula pequeña de correguladores de estrógenos seleccionados aumentó la respuesta de los alelos individuales a la hormona, estableciendo un modo de regulación previamente no reconocido de la activación génica inducida por el estrógeno a nivel de células individuales.
"El estrógeno es un tipo de hormona esteroide que modula una gran cantidad de funciones biológicas, tanto en hombres como en mujeres, al regular la actividad de cientos de genes por célula", dijo el primer autor, el Dr. Fabio Stossi, profesor asociado deBiología Molecular y Celular y director técnico del Núcleo de Microscopía Integrada en Baylor.
Se sabe mucho sobre cómo el estrógeno desencadena sus efectos. Se une a un factor de transcripción nuclear receptor de estrógeno o ER, que a su vez interactúa con secuencias de ADN específicas que facilitan el reclutamiento de correguladores que participan en la regulación de la expresión génica.Se supuso que este proceso probablemente ocurriría simultáneamente en todas las células que contienen ER en una población que fue estimulada con estrógenos, pero se sabía poco de cómo respondieron las células individuales o copias individuales del mismo gen.los investigadores no anticiparon estos hallazgos a nivel de células individuales.
Observando células y alelos individuales
"En el estudio actual, trabajamos con líneas celulares de cáncer de mama humano cultivadas en el laboratorio. Utilizando análisis moleculares y de imágenes, determinamos, a niveles de células individuales y alelos, la expresión de dos genes bien caracterizados, GREB1y MYC, cuya actividad está regulada por el estrógeno ", dijo el autor correspondiente, el Dr. Michael A. Mancini, profesor de Biología Molecular y Celular, y Farmacología y Biología Química en Baylor. Mancini es también el director académico de la larga- Ejecutando Integrated Microscopy Core IMC en Baylor y director del recientemente formado Centro GCC para Microscopía Avanzada e Informática de Imagen CAMII, un recurso financiado por CPRIT en Baylor y el Instituto de Biociencia y Tecnología de Texas A&M.
Los investigadores incubaron las células en el laboratorio y las trataron con estrógenos. Luego analizaron la expresión de los genes GREB1 y MYC en células individuales, y la expresión de alelos individuales en cada célula. Como se esperaba, descubrieron queel estrógeno activó los genes GREB1 y MYC rápidamente, en 15 minutos, pero hubo una respuesta asincrónica inesperada y marcada a la simulación hormonal tanto a nivel de células individuales como de alelos.
"Nuestros análisis mostraron que la activación genética de las células en una población parecía más aleatoria de lo que esperábamos. En las células individuales, la respuesta de cada copia del gen era independiente de la de sus células vecinas. En algunas células, no hay alelos dellos genes estaban activos, mientras que las células a su lado tendrían algunas o todas sus copias de genes activas ", dijo Stossi.
Sin embargo, los investigadores explicaron que, aunque estos hallazgos no se habían descrito antes en la biología del receptor de estrógenos, no fueron una sorpresa completa.
Los estudios en bacterias genéticamente idénticas han demostrado que, cuando se someten al mismo tratamiento, no todas las bacterias responden de la misma manera. Esto se denomina heterogeneidad fenotípica.
"Hemos estado interrogando mecanismos de acción de ER a través de imágenes / análisis de vanguardia desde los años 90, con mejoras continuas en nuestros recursos a medida que se desarrollan o cuando salen al mercado, pero estos estudios recientes han descubiertoMancini dijo que las características novedosas de la acción del estrógeno en las células de mamíferos por primera vez. Tener heterogeneidad fenotípica confiere una estrategia de adaptación importante a las poblaciones celulares, ya sean cancerosas o normales. Si todas las células de una población respondieronde la misma manera a un estímulo dañino, por ejemplo, al detener una función esencial, entonces no tendrían la capacidad de sobrevivir. Pero responder de manera diferente puede permitir que algunas células sobrevivan ".
¿Qué causa una respuesta asincrónica?
Los siguientes experimentos intentaron determinar qué causó la activación génica desencadenada por estrógenos asíncronos. Dado que las rutinas de análisis de imágenes y de imágenes que se desarrollaron y utilizaron eran adecuadas para las plataformas de análisis / imágenes de alto rendimiento totalmente automatizadas dentro del IMC y CAMII, tuvimosUna oportunidad única para explorar esta pregunta.
Primero, los investigadores plantearon la hipótesis de que las células respondían de manera diferente al estrógeno porque variaba la cantidad de receptores de estrógeno por célula. Se sorprendieron al descubrir que la cantidad de receptores de estrógeno expresados en las células no dictaba estrictamente si una célula iba a activarselos genes objetivo. Luego, los investigadores investigaron si la respuesta celular al estrógeno dependía del estado de activación del receptor de estrógeno utilizando un receptor activo, constitutivamente vinculado al paciente, pero nuevamente, no encontraron correlación.
A continuación, los investigadores exploraron la posibilidad de que los correguladores de los receptores de estrógenos participaran en la modulación de la respuesta alelo por alelo al estrógeno. Utilizando los recursos automatizados de alto rendimiento del IMC / CAMII, probaron una colección de inhibidores epigenéticos de moléculas pequeñas e identificaronuno, llamado MS049, un inhibidor de dos proteínas metiltransferasas de arginina, que aumentó notablemente el número esperado de alelos activos por célula bajo estimulación de estrógenos, de una manera específica del gen.
"Por primera vez pudimos alterar la naturaleza de la respuesta estrogénica a nivel de alelo, lo que indica que hay vías que sirven como reóstatos para mantener la variabilidad de la respuesta a un estímulo, evitando así el comportamiento máximo y uniforme en una poblaciónde células ", dijo Stossi." Estos hallazgos sugirieron que modificar la actividad de los correguladores puede modificar la variación de las respuestas hormonales alelo por alelo de una manera específica del gen ".
Los hallazgos proporcionan nuevos conocimientos sobre la naturaleza compleja de la regulación de la expresión génica en células de mamíferos.
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Materiales proporcionado por Baylor College of Medicine . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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