Desentrañar el misterio de cómo, cuando el ADN se replica

Un equipo de investigadores de la Universidad Estatal de Florida ha descubierto un misterio de décadas sobre cómo se regula un proceso celular crítico y lo que podría significar para el futuro estudio de la genética.

En las células, el ADN y su material asociado se replican a intervalos regulares, un proceso esencial para todos los organismos vivos. Esto contribuye a todo, desde cómo el cuerpo responde a las enfermedades y al color del cabello. La replicación del ADN se identificó a fines de la década de 1950, pero desde entonces investigadores de todo el mundo se han quedado cortos intentando entender exactamente cómo se regulaba este proceso. Ahora lo saben.

David Gilbert, el distinguido profesor de biología molecular J. Herbert Taylor y el estudiante de doctorado Jiao Sima publicaron hoy un artículo en la revista. Célula que mostró que hay puntos específicos a lo largo de la molécula de ADN que controlan la replicación.

“Ha sido todo un misterio”, dijo Gilbert. “La replicación parecía resistente a todo lo que intentamos hacer para perturbarla. La describimos en detalle, mostramos que cambia en diferentes tipos de células y que está alterada en la enfermedad. Pero hasta ahora, no pudimos encontrar la pieza final, Los elementos de control o las secuencias de ADN que lo controlan “.

En particular, la cátedra de Gilbert es en honor a un ex profesor del Estado de Florida llamado J. Herbert Taylor. Taylor demostró cómo se duplican los diferentes segmentos de cromosomas a fines de la década de 1950 y publicó más de 100 artículos sobre la estructura y replicación de los cromosomas. Aproximadamente 60 años después, Gilbert determinó cómo se regulaba la replicación.

Sima había estado trabajando con Gilbert en el laboratorio y tenía cerca de cien mutaciones genéticas en moléculas de ADN, esperando ver algún tipo de resultado que explicara mejor cómo funcionaba el proceso de replicación. En un punto de frustración, Gilbert dijo que se les ocurrió un intento de “saludar a Mary”.

Gilbert y Sima examinaron un solo segmento del ADN en la resolución 3D más alta posible y vieron tres secuencias a lo largo de la molécula de ADN tocándose entre sí con frecuencia. Luego, los investigadores utilizaron CRISPR, una sofisticada tecnología de edición de genes, para eliminar estas tres áreas simultáneamente.

Y con eso, encontraron que estos tres elementos juntos eran la clave para la replicación del ADN.

“La eliminación de estos elementos modificó el tiempo de replicación del segmento desde el principio hasta el final del proceso”, dijo Gilbert. “Este fue uno de esos momentos en los que solo un resultado te quita los calcetines”.

Además del efecto en el tiempo de replicación, la eliminación de los tres elementos hizo que la estructura 3D de la molécula de ADN cambiara dramáticamente.

“Por primera vez, hemos identificado secuencias específicas de ADN en el genoma que regulan la estructura de la cromatina y el tiempo de replicación”, dijo Sima. “Estos resultados reflejan un posible modelo de cómo el ADN se pliega dentro de las células y cómo estos patrones de plegamiento podrían afectar la función de los materiales hereditarios”.

Una mayor comprensión de cómo se regula la replicación del ADN abre nuevos caminos de investigación en genética. Cuando se modifica el tiempo de replicación, como ocurrió en el experimento de Gilbert y Sima, puede cambiar completamente la forma en que se interpreta la información genética de una célula.

Esto podría convertirse en información crucial a medida que los científicos abordan enfermedades complicadas en las que se interrumpe el tiempo de replicación.

“Si duplicas en un lugar y momento diferente, podrías ensamblar una estructura completamente diferente”, dijo Gilbert. “Una célula tiene diferentes cosas disponibles en diferentes momentos. Cambiar cuando algo se replica cambia el empaquetamiento de la información genética”.