Piezas de ADN consideradas 'basura' son interruptores que activan y desactivan genes

Investigadores de la Universidad de Princeton, Nueva Jersey (Estados Unidos), han registrado en vídeo la actividad de piezas de ADN alguna vez se consideraron inútiles pero que pueden actuar como interruptores de activación y desactivación de genes.

Estas piezas de ADN son parte de más del 90 por ciento del material genético que no son genes. Los investigadores ahora saben que este 'ADN basura' contiene la mayor parte de la información que puede activar o desactivar los genes. Pero no se comprende bien cómo estos segmentos de ADN, llamados potenciadores, encuentran y activan un gen diana en el entorno atestado del núcleo de una célula.

Ahora, un equipo dirigido por investigadores de la Universidad de Princeton ha captado cómo sucede esto en las células vivas, y lo ha publicado en la revista 'Nature Genetics'. El video permite a los investigadores ver los potenciadores a medida que encuentran y se conectan a un gen para poner en marcha su actividad.

Los análisis de cómo los potenciadores activan los genes pueden ayudar en la comprensión del desarrollo normal, cuando incluso pequeños errores genéticos pueden provocar defectos de nacimiento. El momento de la activación del gen también es importante en el desarrollo de muchas enfermedades, incluido el cáncer.

"La clave para curar tales condiciones es nuestra capacidad para dilucidar los mecanismos subyacentes -- explica Thomas Gregor, profesor asociado de física y el Instituto Lewis-Sigler para la Genómica Integrativa--. El objetivo es usar estas reglas para regular y rediseñar los programas que subyacen a los procesos de desarrollo y enfermedad".

Como su nombre sugiere, los potenciadores cambian la expresión de otros genes. En el genoma de los mamíferos, hay un estimado de 200.000 a 1 millón de potenciadores, y muchos están ubicados muy lejos en la cadena de ADN del gen que regulan, lo que plantea la cuestión de cómo los segmentos reguladores pueden localizar y conectarse con sus genes diana.

Muchos estudios previos sobre potenciadores se llevaron a cabo en células no vivas debido a la dificultad para generar imágenes de la actividad genética en organismos vivos. Dichos estudios solo dan instantáneas y pueden pasar por alto detalles importantes.

En el nuevo estudio, los investigadores utilizaron técnicas de imagen desarrolladas en Princeton para rastrear la posición de un potenciador y su gen objetivo, mientras que simultáneamente monitorean la actividad del gen en embriones de moscas vivas.

"Este estudio brinda la oportunidad única de observar en tiempo real cómo dos regiones de ADN interactúan entre sí --señala Michal Levo, investigador postdoctoral en el Instituto Lewis-Sigler--. Podemos monitorear a tiempo el potenciador y el gen que se encuentran físicamente y al mismo tiempo medir la actividad del gen en un intento de relacionar estos procesos".

El video demuestra que el contacto físico entre el potenciador y el gen es necesario para activar la transcripción, el primer paso para leer las instrucciones genéticas. Los potenciadores permanecen conectados al gen todo el tiempo que está activo. Cuando el potenciador se desconecta, la actividad del gen se detiene.

Los investigadores también encontraron que durante la transcripción, la estructura formada por el potenciador y el gen se hace más compacta, lo que sugiere un cambio en el ADN en esa región.

Dado que puede haber numerosos genes entre el potenciador y su objetivo, es notable que los potenciadores puedan alcanzar el objetivo exacto en el momento adecuado para que ese gen se active, según los investigadores.

El equipo cree que la solución se puede encontrar en el envoltorio exclusivo del ADN dentro de nuestras células. El potenciador y el gen pueden estar a media pulgada de distancia cuando el ADN se estira en una línea, pero cuando se empacan en la célula, con proteínas específicas que facilitan las interacciones físicas, podrían estar considerablemente más cerca.

"A través de este estudio, podemos ver la relación entre las configuraciones estructurales del ADN y la activación genética", dijo Hongtao Chen, investigador postdoctoral en el Instituto Lewis-Sigler y autor principal del estudio.

El video proporciona evidencia en contra de un modelo favorecido conocido como el "modelo de golpe y fuga", donde el potenciador no necesita permanecer unido al gen durante la transcripción.

El equipo también mostró que a veces el potenciador y el gen se encontraron y se conectaron, pero no se produjo la activación de genes, un hallazgo que planean explorar más.

Para capturar el video de un potenciador en contacto con un gen, Chen unió etiquetas fluorescentes al potenciador y su gen objetivo. Los potenciadores examinados son los de un gen llamado Eve, y dan lugar a un patrón de siete rayas que se forma en la superficie del embrión en desarrollo después de aproximadamente tres horas.

Además, Chen agregó un sistema de marcado fluorescente por separado al gen objetivo que se ilumina cuando el gen se activa y se somete a la transcripción para producir una lectura intermedia del código genético, una molécula llamada ARN. El equipo de Gregor en Princeton desarrolló previamente un método para agregar etiquetas fluorescentes al ARN a medida que se crea para obtener una lectura en tiempo real de la expresión génica en embriones de mosca.