Nuevo método revela la regulación genética en células individuales

Durante el crecimiento de organismos multicelulares, las células individuales tienen que desarrollarse en diferentes tipos de células en el momento y lugar correctos. Este proceso ayuda a formar la estructura compleja del cuerpo maduro. Para que los genes se activen, la región que los controla debe estar abierta para que factores específicos se unan. Dos grupos de proteínas, llamadas Polycomb y Trithorax, añaden marcas químicas a una parte particular del ADN, lo que ayuda a decidir si los genes están activos o no. Una marca indica genes activos mientras que la otra evita que se expresen.

A medida que el embrión comienza a formar capas, pasa por cambios drásticos, creciendo más grande y complejo. Esto lleva a la necesidad de técnicas avanzadas a nivel de célula única para entender cómo funciona la regulación genética en diferentes tipos de células. La introducción de la Secuenciación de ARN de célula única ha facilitado ver la variedad y cambios de tipos de células en sistemas en desarrollo. Estudios recientes también han comenzado a profundizar en otros aspectos del control genético, como la metilación del ADN y la accesibilidad de la Cromatina.

#El Reto de Estudiar Modificaciones de histonas

Aunque se sabe que los cambios químicos en las proteínas llamadas histonas afectan la actividad genética, la mayoría de los estudios han mirado estos cambios en grupos de células en lugar de a nivel de célula única. Se han desarrollado varias técnicas para investigar las modificaciones de histonas en células individuales. Un método, llamado sort-assisted Chromatin ImmunoCleavage (sortChIC), ha mostrado promesa. Sin embargo, para entender realmente cómo funcionan la actividad génica y las modificaciones de histonas juntas, es importante analizarlas al mismo tiempo.

Para hacerlo, se ha creado un nuevo método llamado T-ChIC (Transcriptome + Chromatin ImmunoCleavage). Este método permite a los investigadores analizar todo el contenido de ARN de una célula, así como las modificaciones de histonas que tiene. T-ChIC combina el análisis de transcritos completos con el tipo de estudio de cromatina que proporciona información detallada sobre dónde existen estas modificaciones. Muestra sensibilidad y especificidad al mapear todas las modificaciones a través del genoma mientras captura todo el contenido de ARN.

#Usando T-ChIC en Investigación

T-ChIC se aplicó a un modelo in vitro de Gastrulación, que es una etapa en el desarrollo embrionario temprano. Este estudio observa cómo las marcas químicas en las histonas cambian durante el proceso de desarrollo y cómo estos cambios se relacionan con la diferenciación de las células.

#Método Detallado de T-ChIC

T-ChIC implica varios pasos. Para perfilar las modificaciones, primero se fijan las células usando alcohol, se tratan con un anticuerpo que apunta a la modificación específica de histona, y luego se añade una proteína especial que se une al anticuerpo. Las células individuales se clasifican en pocillos individuales, y ocurren varias reacciones químicas. El ARN se trata para preparar los fragmentos para análisis, y se añade un identificador único para hacer seguimiento de los datos de cada célula. Después de esto, se preparan las bibliotecas para secuenciación para que se puedan estudiar tanto la información de ARN como las modificaciones de histonas.

#Resultados y Hallazgos

Después de aplicar este método a células cancerosas K562, los investigadores encontraron que las señales relacionadas con la expresión génica coincidían bien con los patrones esperados de las modificaciones de histonas. Los genes activos estaban cubiertos por la marca que indica que están activados, mientras que los genes inactivos tenían la marca opuesta. Al estudiar el ARN y las modificaciones de histonas juntos, pudieron ver claramente cómo estos cambios en la química de la célula se relacionan con la actividad genética.

T-ChIC también se probó en gastruloides, que son estructuras hechas de células madre embrionarias que imitan el desarrollo temprano. Esta configuración permitió a los investigadores observar cambios a lo largo del tiempo a medida que los gastruloides se desarrollaban. Rastrearon cómo se formaban diferentes tipos de células y cómo los niveles de las marcas de histonas cambiaban en varios puntos del desarrollo.

#Observaciones de Gastruloides

A medida que se formaban los gastruloides, los investigadores encontraron vías de diferenciación claras desde puntos tempranos hasta tardíos. Identificaron varios tipos de células que emergieron de las tres capas germinales del embrión. El estudio mostró que a medida que las células se diferenciaban en tipos específicos, las marcas químicas en sus histonas también cambiaban.

Algunos hallazgos adicionales incluyeron:

• Las células que aún estaban en estado pluripotente (capaces de convertirse en cualquier tipo de célula) tenían patrones diferentes de modificación de histonas en comparación con células diferenciadas.
• Ciertos genes conocidos por ser importantes en el desarrollo mostraron cambios en las marcas de histonas que se correlacionaron con cuándo se activaron o desactivaron.

#Conclusión del Estudio

El método T-ChIC permite a los investigadores obtener información valiosa sobre cómo se regulan los genes durante la diferenciación celular. Proporciona una visión más clara de cómo surgen diferentes tipos de células durante el desarrollo y pinta un cuadro detallado de la interacción entre la actividad génica y las modificaciones de histonas. Los hallazgos del modelo de gastruloides resaltan que la diferenciación y la morfogénesis están estrechamente vinculadas con cambios epigenéticos, lo que sugiere que estas modificaciones químicas son cruciales para un desarrollo adecuado.

En resumen, T-ChIC se destaca como un avance significativo en el estudio de la regulación genética a nivel de célula única y proporciona una base para futuras investigaciones sobre la diferenciación celular y el desarrollo. Ilumina los procesos moleculares complejos que dan forma a un organismo desde una sola célula hasta una estructura bien definida con diversos tipos celulares.