Una misteriosa proteína hace que el ADN humano adopte diferentes formas
Las diferencias entre el ADN humano y el del mosquito no se limitan a la disposición de las letras en el código genético. Si abriéramos una célula humana y una célula de mosquito y miráramos el núcleo de cada una de ellas, veríamos que sus cromosomas están plegados con un tipo de origami genético muy diferente. Ahora, los investigadores han descubierto cómo doblar un tipo de ADN para que adopte la forma del otro, haciendo que el ADN humano se enrolle como el de un mosquito.
"En el núcleo humano, los cromosomas están agrupados en paquetes ordenados", dijo Claire Hoencamp, candidata al doctorado en biología del cáncer en la Universidad de Ámsterdam, en una videollamada mientras arrugaba una hoja de papel. "Pero en el núcleo del mosquito, los cromosomas están doblados por la mitad". Mientras hablaba, dobló varias hojas de papel por la mitad y las dispuso como si fueran libros en una estantería, con las páginas hacia fuera.
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Hoencamp estudiaba la condensina II, una proteína que interviene en la división celular. En un experimento, destruyó esta proteína en una célula humana para observar su efecto en el ciclo celular. Como si se tratara de una elaborada coreografía, los cromosomas de la célula resultante se replegaban. Pero no se replegaron como el ADN de un núcleo humano, sino que se transformaron en su mejor impresión de las entrañas de un núcleo de mosquito.
Mientras tanto, Olga Dudchenko, investigadora postdoctoral del Centro de Arquitectura del Genoma de la Universidad de Baylor (Texas), clasificaba los genomas en función de las estructuras tridimensionales que forman sus cromosomas. Como codirectora de un proyecto multiinstitucional llamado DNA Zoo, observó algunos patrones distintos.
"Esencialmente, podemos clasificar las cosas en dos arquitecturas básicas", dijo, refiriéndose a la naturaleza fuertemente enrollada y compartimentada del genoma humano frente a la disposición más suelta del genoma del mosquito. Independientemente del número de especies que examinó, los cromosomas adoptaron variaciones de dos formas básicas.
Su investigación sugería que algunos linajes utilizaban una forma y evolucionaban a la segunda y luego, en muchos casos, volvían a evolucionar. Sin embargo, no sabía qué fuerza, si es que había alguna, impulsaba estos cambios.
Al presentar su investigación en una conferencia en Austria, los dos equipos se dieron cuenta de que estaban abordando el mismo problema desde ángulos diferentes. Esencialmente, Hoencamp había encontrado una proteína que pliega los cromosomas, y Dudchenko había observado que el experimento de Hoencamp ocurría de forma natural a través de escalas de tiempo evolutivas.
Después de que decidieran colaborar, se produjo el COVID-19. Con el acceso al laboratorio cortado, los colaboradores recurrieron a simulaciones por ordenador para comprender mejor el papel de la condensina II en la organización nuclear. Con la ayuda de un laboratorio de la Universidad Rice de Houston, simularon los efectos de la condensina II en los millones o miles de millones de letras de un genoma, confirmando lo que Hoencamp había descubierto en experimentos anteriores.
En un análisis genético descrito el 28 de mayo en la revista Science, los investigadores examinaron 24 especies y descubrieron que las especies con la disposición cromosómica más floja tenían una cosa en común: un gen de la condensina II roto.
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Las investigaciones futuras tendrán como objetivo determinar qué ventaja evolutiva, si es que hay alguna, podría tener una estructura del núcleo sobre la otra. Cuando los investigadores examinaron la expresión de los genes, descubrieron que la estructura de plegado de los cromosomas sólo afectaba levemente a la expresión de los genes, es decir, a la cantidad de cada proteína producida por los distintos genes. Este hallazgo sorprendió a Hoencamp.
Teniendo en cuenta lo poco que afecta el plegado a la expresión de los genes, no está claro por qué una especie plegaría su ADN de una forma u otra.
Sin embargo, dado que ambos métodos de plegado se encuentran en todo el árbol evolutivo, los sutiles efectos de cada uno podrían tener grandes implicaciones. "Las variaciones en la estructura 3D parecen tener que ver con el ajuste" de alguna función dentro de los organismos, dijo Dudchenko. Sin embargo, sigue siendo un misterio qué es exactamente lo que se está ajustando.
