Mire profundamente dentro de nuestras células, y encontrará que cada una tiene un genoma idéntico: un conjunto completo de genes que proporciona las instrucciones para la forma y función de nuestras células.
Pero si cada plano es idéntico, ¿por qué una célula ocular se ve y actúa de manera diferente que una célula de la piel o una célula cerebral? ¿Cómo sabe una célula madre, la materia prima con la que se fabrican las células de nuestros órganos y tejidos?¿volverse?
En un estudio publicado el 8 de julio, los investigadores de la Universidad de Colorado Boulder se acercan un paso más a responder esa pregunta fundamental, concluyendo que el ARN mensajero molecular ácido ribonucleico juega un papel indispensable en la diferenciación celular, sirviendo como un puente entre nuestros genes yla llamada maquinaria "epigenética" que los enciende y apaga.
Cuando ese puente falta o está defectuoso, los investigadores informan en la revista Genética de la naturaleza , una célula madre en el camino para convertirse en una célula cardíaca nunca aprende a latir.
El documento llega en un momento en que las compañías farmacéuticas están teniendo un interés sin precedentes en el ARN. Y, aunque la investigación es joven, en última instancia podría informar el desarrollo de nuevas terapias dirigidas al ARN, desde tratamientos contra el cáncer hasta terapias para anomalías cardíacas.
"Todos los genes no se expresan todo el tiempo en todas las células. En cambio, cada tipo de tejido tiene su propio programa epigenético que determina qué genes se activan o desactivan en cualquier momento", dijo el coautor principal Thomas Cech, un premio Nobely distinguido profesor de bioquímica. "Determinamos con gran detalle que el ARN es un regulador maestro de este silenciamiento epigenético y que, en ausencia de ARN, este sistema no puede funcionar. Es crítico para la vida".
Los científicos han sabido durante décadas que si bien cada célula tiene genes idénticos, las células en diferentes órganos y tejidos los expresan de manera diferente. La epigenética, o la maquinaria que activa o desactiva los genes, lo hace posible.
Pero aún no está claro cómo funciona esa maquinaria.
En 2006, John Rinn, ahora profesor de bioquímica en CU Boulder y coautor principal del nuevo artículo, propuso por primera vez que el ARN, el hermano del ADN ácido desoxirribonucleico que a menudo se pasa por altoser clave
En un artículo histórico en Cell, Rinn demostró que dentro del núcleo, el ARN se adhiere a un grupo de proteínas plegado llamado complejo represivo polycomb PRC2, que se cree que regula la expresión génica. Numerosos otros estudios han encontrado lo mismo yagregó que diferentes ARN también se unen a diferentes complejos de proteínas.
La pregunta muy debatida: ¿Importa esto realmente para determinar el destino de una célula?
Desde entonces se han publicado no menos de 502 artículos. Algunos ARN determinados son clave en la epigenética; otros descartaron su papel como tangencial en el mejor de los casos.
Entonces, en 2015, Yicheng Long, bioquímico e investigador postdoctoral en el laboratorio de Cech, se propuso hacer la pregunta nuevamente utilizando las últimas herramientas disponibles. Después de una reunión casual en una sala de descanso en el Instituto BioFrontiers donde se encuentran sus dos laboratorios,Long se topó con Taeyoung Hwang, un biólogo computacional en el laboratorio de Rinn.
Nació una asociación única.
"Pudimos usar enfoques de ciencia de datos y computación de alta potencia para comprender los patrones moleculares y evaluar el papel del ARN de una manera novedosa y cuantitativa", dijo Hwang, quien junto con Long es coautor principal del nuevo artículo.
En el laboratorio, el equipo usó una enzima simple para eliminar todo el ARN en las células para comprender si la maquinaria epigenética aún encontraba el ADN para silenciar los genes. La respuesta fue 'no'.
"El ARN parecía estar desempeñando el papel de controlador de tráfico aéreo, guiando el avión - o complejo de proteínas - al lugar correcto en el ADN para aterrizar y silenciar genes", dijo Long.
Para un tercer paso, utilizaron la tecnología de edición de genes conocida como CRISPR para desarrollar una línea de células madre destinadas a convertirse en células del músculo cardíaco humano pero en las que el complejo proteico, PRC2, era incapaz de unirse al ARN. En esencia,el avión no pudo conectarse con el control de tránsito aéreo y perdió el rumbo, y el proceso se vino abajo.
Para el día 7, las células madre normales habían comenzado a verse y actuar como células cardíacas. Pero las células mutantes no latían. Notablemente, cuando se restableció el PRC2 normal, comenzaron a comportarse con más normalidad.
"Ahora podemos decir, inequívocamente, que el ARN es crítico en este proceso de diferenciación celular", dijo Long.
Investigaciones previas ya han demostrado que las mutaciones genéticas en humanos que alteran la capacidad del ARN para unirse a estas proteínas aumentan el riesgo de ciertos tipos de cáncer y anomalías cardíacas fetales. En última instancia, los investigadores prevén un día en que las terapias dirigidas al ARN podrían usarse para abordar tales problemas.
"Estos hallazgos establecerán una nueva etapa científica que mostrará un vínculo inextricable entre la epigenética y la biología del ARN", dijo Rinn. "Podrían tener amplias implicaciones para comprender y abordar las enfermedades humanas en el futuro".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Colorado en Boulder . Original escrito por Lisa Marshall. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :