Oamenii de știință au descoperit un lucru surprinzător despre ADN-ul nostru: nu este o „schiță” fixă, ci o structură care se pliază și se mișcă în permanență, iar această dinamică ajută la controlul modului în care genele se activează sau se dezactivează. Cercetătorii de la Institutul Salk au observat că diferite zone ale genomului se pliază și se depliază în ritmuri diferite, iar regiunile mai active își schimbă forma constant pentru a susține activitatea genelor.
Cum reușește ADN‑ul să împacheteze uriașa cantitate de informație necesară pentru a construi un corp uman? Și ce se întâmplă atunci când acest sistem nu mai funcționează corect? Cercetările conduse de dr. Jesse Dixon, arată cum ADN‑ul este organizat în trei dimensiuni în interiorul celulelor și cum problemele acestei structuri pot duce la cancer sau la tulburări de dezvoltare, inclusiv afecțiuni din spectrul autismului.
Noile descoperiri arată că organizarea 3D a genomului nu este fixă. Din contră, este într-o continuă mișcare. Studiind diferite tipuri de celule umane, cercetătorii au observat că ADN‑ul se pliază și se depliază în mod repetat, iar viteza acestor schimbări diferă de la o regiune la alta. Acest proces influențează direct modul în care genele sunt activate sau dezactivate.
Studiul, publicat în Nature Genetics și finanțat din surse publice și private, sugerează că anumite modele de pliere a ADN‑ului, atunci când sunt perturbate, pot fi ținte pentru viitoare tratamente.
„Genomul nostru are șase miliarde de perechi de baze, iar în ultimii ani am început să înțelegem mecanismele moleculare care îl pliază și îl organizează”, explică Dixon. „Ce este interesant e că această pliere nu se întâmplă o singură dată. Genomul se tot pliază și depliază. Studiul nostru ne arată unde și cât de des se întâmplă acest lucru, ceea ce ne ajută să înțelegem mai bine aceste mecanisme și ce se întâmplă când ele nu funcționează corect, cum vedem în cancer sau în tulburările de dezvoltare.”
Fiecare celulă umană conține aproximativ doi metri de ADN, care poartă instrucțiunile pentru producerea proteinelor și pentru controlul proceselor celulare. Pentru a încăpea în nucleul minuscul al celulei, ADN‑ul trebuie organizat foarte atent, dar în același timp să rămână flexibil, astfel încât unele gene să poată fi accesate, iar altele să rămână inactive.
Celulele realizează acest lucru formând bucle în ADN. Aceste bucle sunt create de un complex proteic numit cohesină, ajutat de o altă proteină, NIPBL, care o deplasează de-a lungul ADN‑ului.
Cercetările recente au arătat că aceste bucle nu sunt permanente. Ele se formează și se rup continuu, ridicând întrebări despre cât de des se întâmplă acest lucru și ce regiuni ale ADN‑ului sunt cele mai dinamice.
„Datele actuale sugerau că plierea genomului are un impact redus asupra expresiei genelor — dar am bănuit că poate nu privim lucrurile din unghiul potrivit”, spune dr. Tessa Popay, autoarea principală a studiului. „Prin perturbarea intenționată a dinamicii de pliere, am putut identifica acele aspecte ale organizării genomului care influențează cu adevărat activitatea genelor.”
Pentru a testa acest lucru, echipa a redus nivelul proteinei NIPBL în celule epiteliale pigmentare retiniene (RPE‑1). Fără NIPBL, cohesina nu se mai putea deplasa eficient, iar buclele noi nu se mai formau. Genomul a început să se deplieze, dar nu uniform: unele regiuni se schimbau rapid, altele în ore întregi.
S-a observat un tipar clar: regiunile stabile conțineau gene inactive • regiunile dinamice erau asociate cu gene active
Pentru a vedea cum diferă aceste procese între tipurile de celule, cercetătorii au analizat celule cardiace și neuroni derivați din celule stem pluripotente induse. Au descoperit că dinamica plierii ADN‑ului este deosebit de importantă în zonele legate de funcția specifică a fiecărui tip de celulă.
Cu alte cuvinte, mișcarea constantă a genomului ajută celulele să își mențină identitatea.
„Se pare că această pliere și depliare continuă ajută celula să ‘își amintească’ cine este, păstrând active genele esențiale pentru rolul ei”, explică Popay.
Deși mai sunt multe întrebări, aceste descoperiri ajută la explicarea modului în care erorile de pliere a genomului pot duce la boală.
„Aceste mecanisme de pliere controlează identitatea fiecărei celule, așa că nu e surprinzător că mutațiile în aceste procese duc la sindroame complexe, precum sindromul Cornelia de Lange”, spune Dixon. „Cancerul, la rândul său, poate exploata aceste mecanisme, modificând zonele în care dinamica genomului este esențială pentru a manipula identitatea celulară și a favoriza creșterea necontrolată.”
Prin confirmarea rolului major al structurii 3D a genomului în activitatea genelor, studiul deschide calea către viitoare terapii care ar putea corecta modelele de pliere asociate bolilor.
Sursa aici
Un microb marin cheie ar putea deveni mai activ pe fondul încălzirii globale
