La expresión genética se regula, en parte, por las interacciones entre genes y elementos reguladores a lo largo del genoma. Estas interacciones dependen de la capacidad del cromatina, una mezcla de ADN y proteínas, para moverse dentro de un espacio denso.
Investigadores del MIT han medido el movimiento de la cromatina en escalas de tiempo que van desde cientos de microsegundos hasta horas, lo que les ha permitido cuantificar estas dinámicas por primera vez.
Clasificación del movimiento de la cromatina
Su análisis reveló que la cromatina puede existir en dos categorías diferentes. En una de ellas, se mueve de manera restringida, contactando principalmente regiones vecinas del genoma. En la otra, se mueve más libremente y contacta regiones más distantes, pero solo en escalas de tiempo más largas.
Estos hallazgos ofrecen información sobre cómo se regula la expresión génica y cómo los segmentos de cromatina se agrupan para otros procesos, como la reparación del ADN.
“Gracias a nuestra capacidad de observar la dinámica de la cromatina en escalas de tiempo rápidas y a través de un rango dinámico completo, pudimos ver un movimiento de cromatina que antes no era posible”, señala Anders Sejr Hansen, profesor asociado de ingeniería biológica en el MIT y autor principal del estudio, que aparece hoy en Nature Structural and Molecular Biology.
Movimiento restringido y su importancia
En los libros de texto, la cromatina a menudo se presenta como una estructura estática dentro del núcleo celular, pero en realidad, está en constante movimiento. Estos movimientos son necesarios para que los genes interactúen con secuencias reguladoras de ADN, como los potenciadores, que pueden estar a un millón de pares de bases de distancia.
“La dinámica de la cromatina es fundamental para todos los procesos en el núcleo, especialmente aquellos que implican que dos elementos se encuentren. Esto es crucial en la reparación del ADN y la regulación génica”, explica Hansen.
El movimiento de cualquier ubicación en el genoma, o locus, está restringido por el hecho de que el ADN es un polímero. Después de moverse en cualquier dirección, un locus será atraído de nuevo por el ADN a su alrededor.
Este comportamiento se conoce como movimiento subdifusivo. Estudios previos han ofrecido informes contradictorios sobre cuán subdifusiva es la cromatina, principalmente porque no pudieron rastrear el movimiento durante períodos lo suficientemente largos para obtener mediciones estadísticamente sólidas.
Avances en la medición del movimiento de la cromatina
Para obtener datos más robustos, el equipo del MIT utilizó MINFLUX, una técnica de microscopía de superresolución que puede rastrear el movimiento de objetos diminutos como proteínas durante períodos prolongados. Esta técnica fue desarrollada por Stefan Hell, un laureado con el Premio Nobel.
Utilizando MINFLUX, los investigadores estudiaron células en escalas de tiempo que abarcaron cuatro órdenes de magnitud, desde 200 microsegundos hasta 10 segundos. Además, al combinar MINFLUX con técnicas de imágenes tradicionales, lograron rastrear el movimiento de la cromatina en siete órdenes de magnitud a lo largo del tiempo.
Estos estudios, realizados en diferentes tipos de células de ratón y humanos, permitieron a los investigadores identificar dos clases distintas de dinámicas de cromatina. En ambas clases, a escalas de tiempo cortas e intermedias, cualquier locus tiende a moverse solo dentro de aproximadamente 200 nanómetros.
Región de influencia y su implicación
Esto sugiere que la atracción subdifusiva es más fuerte de lo que se pensaba anteriormente. “Uno de los principales hallazgos es que hay una región de influencia donde un locus genómico tiene acceso a otros loci, y esta es de aproximadamente un par de cientos de nanómetros de tamaño”, dice Grosse-Holz.
Este contacto constante es beneficioso para la reparación del ADN, ya que las hebras rotas permanecen en estrecha proximidad. Los hallazgos también sugieren que para genes y elementos reguladores dentro de aproximadamente 100,000 pares de bases, no necesitan ayuda adicional para encontrarse; lo harán rutinariamente a través de su movimiento normal.
En la otra clase de dinámicas de cromatina identificadas, la cromatina puede moverse en un rango más amplio, pero solo en escalas de tiempo más largas. Estas dinámicas aparecieron en algunos tipos de células, pero no en otras, por razones que aún no se comprenden.
“Los hallazgos son significativos por dos razones clave”, afirma Luca Giorgetti, líder del grupo en el Instituto de Investigación Biomédica Friedrich Miescher en Suiza. “Primero, confirman rigurosamente observaciones anecdóticas de larga data sobre el movimiento de la cromatina. Segundo, demuestran que este comportamiento es consistente en múltiples tipos celulares y persiste a través de todas las escalas de tiempo medidas”.
