Revelan cómo se coordina la transcripción genética en las células

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Archivo - Cáncer, células - MOHAMMED HANEEFA NIZAMUDEEN/ ISTOCK - Archivo
Publicado: viernes, 14 junio 2024 7:39

MADRID, 14 Jun. (EUROPA PRESS) -

Un nuevo trabajo ha logrado observar cómo al capturar moléculas de ARN de vida corta, los científicos pueden mapear las relaciones entre los genes y los elementos reguladores que los controlan. En concreto, investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Estados Unidos han inventado una nueva técnica que les permite observar el momento de la activación de genes y potenciadores en una célula.

Cuando un gen se activa aproximadamente al mismo tiempo que un potenciador en particular, sugiere fuertemente que el potenciador está controlando ese gen. Sharp es el autor principal del nuevo estudio, que aparece en ‘Nature’. El asistente de investigación del MIT, DB Jay Mahat, es el autor principal del artículo.

Cabe tener en cuenta que el genoma humano contiene alrededor de 23.000 genes, pero sólo una fracción de esos genes se activan dentro de una célula en un momento dado. La compleja red de elementos reguladores que controla la expresión genética incluye regiones del genoma llamadas potenciadores, que a menudo están ubicadas lejos de los genes que regulan. Esta distancia puede dificultar el mapeo de las complejas interacciones entre genes y potenciadores. El objetivo de esta nueva técnica es precisamente superar esta barrera.

Además, aprender más sobre qué potenciadores controlan qué genes, en diferentes tipos de células, podría ayudar a los investigadores a identificar posibles objetivos farmacológicos para los trastornos genéticos. Los estudios genómicos han identificado mutaciones en muchas regiones no codificantes de proteínas que están relacionadas con una variedad de enfermedades. ¿Podrían ser estos potenciadores desconocidos?

"Cuando la gente empieza a utilizar la tecnología genética para identificar regiones de los cromosomas que tienen información sobre enfermedades, la mayoría de esos sitios no corresponden a genes. Sospechamos que corresponden a estos potenciadores, que pueden estar bastante alejados de un promotor, por lo que es muy importante poder identificar estos potenciadores", afirma Phillip Sharp, profesor emérito del Instituto MIT y miembro del Instituto Koch para la Investigación Integrativa del Cáncer del MIT.

Mientras intercambiaban ideas sobre nuevas formas de capturar eRNA, Mahat y Sharp consideraron utilizar la química de clic, una técnica que se puede utilizar para unir dos moléculas si cada una está etiquetada con "mangos de clic" que pueden reaccionar juntas. Los investigadores diseñaron nucleótidos etiquetados con un mango de clic y, una vez que estos nucleótidos se incorporan a las cadenas de eRNA en crecimiento, las hebras se pueden extraer con una etiqueta que contiene el mango complementario. Esto permitió a los investigadores capturar eRNA y luego purificarlo, amplificarlo y secuenciarlo. Se pierde algo de ARN en cada paso, pero Mahat estima que pueden extraer con éxito alrededor del 10 por ciento del ARNe de una célula determinada.

Utilizando esta técnica, los investigadores obtuvieron una instantánea de los potenciadores y genes que se están transcribiendo activamente en un momento dado en una célula. "Se quiere poder determinar, en cada célula, la activación de la transcripción a partir de elementos reguladores y de su gen correspondiente. Y esto tiene que hacerse en una sola célula porque ahí es donde se puede detectar la sincronía o asincronía entre los elementos reguladores y los genes", expone Mahat.

Al demostrar su técnica en células madre embrionarias de ratón, los investigadores descubrieron que podían calcular aproximadamente cuándo comienza a transcribirse una región particular, basándose en la longitud de la cadena de ARN y la velocidad de la polimerasa (la enzima responsable de la transcripción), es decir, qué tan lejos se transcribe la polimerasa por segundo. Esto les permitió determinar qué genes y potenciadores se estaban transcribiendo aproximadamente al mismo tiempo.

Los investigadores utilizaron este enfoque para determinar el momento de la expresión de los genes del ciclo celular con más detalle de lo que era posible hasta ahora. También pudieron confirmar varios conjuntos de pares de genes-potenciadores conocidos y generaron una lista de alrededor de 50.000 posibles pares de genes potenciadores que ahora pueden intentar verificar.

Saber qué potenciadores controlan qué genes resultaría valioso para desarrollar nuevos tratamientos para enfermedades con base genética. El equipo del MIT está aplicando ahora este enfoque a otros tipos de células, centrándose en las enfermedades autoinmunes. Trabajando con investigadores del Boston Children's Hospital (Estados Unidos), están explorando mutaciones de células inmunitarias que se han relacionado con el lupus, muchas de las cuales se encuentran en regiones no codificantes del genoma.

"No está claro qué genes se ven afectados por estas mutaciones, por lo que estamos empezando a separar los genes que estos potenciadores putativos podrían estar regulando y en qué tipos de células están activos estos potenciadores", dice Mahat. "Esta es una herramienta para crear mapas de genes a potenciadores, que son fundamentales para comprender la biología y también una base para comprender las enfermedades".

Los hallazgos de este estudio también ofrecen evidencia de una teoría que Sharp ha desarrollado recientemente, junto con los profesores del MIT Richard Young y Arup Chakraborty, de que la transcripción genética está controlada por gotitas sin membrana conocidas como condensados. Estos condensados ??están formados por grandes grupos de enzimas y ARN, que, según sugiere Sharp, pueden incluir eRNA producido en sitios potenciadores.

"Nos imaginamos que la comunicación entre un potenciador y un promotor es una estructura transitoria de tipo condensado, y el ARN es parte de eso. Este es un trabajo importante para comprender cómo los ARN de los potenciadores podrían estar activos", afirma.