Nuevas Perspectivas sobre la Estructura y Función de la Cromatina

La Cromatina es un complejo formado por ADN envuelto alrededor de proteínas llamadas histonas. Esta estructura se encuentra en las células eucariotas, que son células con núcleo. La forma en que se organiza la cromatina juega un papel crucial en cómo las células crecen, se desarrollan y responden a su entorno.

Los Nucleosomas son los bloques de construcción de la cromatina. Cada nucleosoma consiste en unos 147 pares de bases de ADN enrollados alrededor de un conjunto de ocho proteínas histonas. Cuando se juntan muchos nucleosomas, crean una estructura que parece cuentas en un hilo bajo un microscopio. Esta disposición dificulta que las proteínas que necesitan acceder al ADN se unan, lo que puede bloquear procesos importantes como copiar ADN, repararlo o leer los genes.

La disposición de los nucleosomas varía en diferentes partes del genoma. Algunas áreas de la cromatina son más abiertas, mientras que otras están empaquetadas de manera más compacta. Esta variación puede cambiar según cómo la célula esté creciendo o diferenciándose en diferentes tipos de células.

Al estudiar la disposición de la cromatina, los científicos pueden aprender información importante sobre cómo se desarrollan las células, cómo pueden surgir enfermedades y cómo las células responden a los fármacos.

#Evaluando la Distribución de Nucleosomas

Poco después de que se descubrieron los nucleosomas, los científicos encontraron formas de estudiar cómo se distribuyen a través de los genes. Los métodos iniciales observaban cuán accesible era la cromatina para ciertas enzimas que cortan ADN. Estas técnicas evolucionaron con el tiempo, y ahora usamos métodos avanzados como la secuenciación de lecturas cortas para ver la distribución de nucleosomas en todo el genoma.

Si bien estos métodos de lecturas cortas nos han ayudado a aprender mucho sobre la cromatina, principalmente nos dan una visión general. No nos muestran las diferencias que podrían ocurrir en células individuales o cómo están organizados los nucleosomas a lo largo de secciones más largas de ADN. Además, los procesos utilizados para preparar muestras para la secuenciación pueden introducir errores.

#Avances en la Tecnología de Secuenciación

Un nuevo método llamado secuenciación de Nanoporo de lecturas largas ha llegado. Esta tecnología utiliza un poro biológico y una corriente eléctrica para leer el ADN a medida que pasa a través del poro. Los cambios en la corriente pueden indicar diferentes secuencias de ADN, lo que permite a los científicos identificar modificaciones en el ADN sin los sesgos que se encuentran en los métodos de lecturas cortas.

Los avances recientes han hecho posible identificar cuándo el ADN ha sido modificado de maneras específicas. Estas técnicas de lecturas largas permiten a los científicos obtener información sobre la estructura y función de la cromatina a un nivel más detallado.

#Usando Angelicina para Estudiar la Cromatina

Para examinar la disposición de los nucleosomas, los investigadores han desarrollado un método usando una pequeña molécula llamada angelicina. Cuando se expone a luz UV, la angelicina se une a ciertas bases del ADN, lo que permite estudiar la cromatina en más detalle. La angelicina tiene propiedades de unión específicas, lo que le permite adjuntarse al ADN sin causar daños significativos.

En su nuevo método, conocido como Add-seq, los investigadores usan angelicina para marcar áreas accesibles de la cromatina. Al observar las señales eléctricas generadas durante la secuenciación de nanoporo, pueden detectar dónde se ha unido la angelicina al ADN.

#Metodología para Usar Angelicina

Para usar angelicina, los científicos primero aíslan los núcleos de células de levadura. Los núcleos, que contienen el material genético, son tratados con angelicina y luego expuestos a luz UV varias veces para ayudar a que la angelicina se una de manera efectiva. Después del tratamiento, se extrae ADN de alta calidad para la secuenciación.

El proceso de secuenciación implica cargar el ADN modificado en un dispositivo de nanoporo. A medida que el ADN pasa a través del poro, la corriente cambia, proporcionando datos valiosos sobre la secuencia de ADN y cualquier modificación presente.

#Analizando Datos de Nanoporo

Una vez que la secuenciación está completa, los científicos analizan los datos para determinar cuánto ha modificado la angelicina el ADN. Patrones específicos en la señal pueden indicar dónde ha ocurrido la unión de la angelicina. Los investigadores han desarrollado algoritmos para procesar estos datos e identificar posiciones de nucleosomas y accesibilidad de la cromatina.

Usando este enfoque, los investigadores pueden ver cómo varía la accesibilidad de la cromatina alrededor de regiones importantes del genoma, como los sitios de inicio de transcripción (TSS) y los sitios de terminación de transcripción (TTS). También pueden crear mapas detallados de la disposición de nucleosomas en genes específicos.

#Resultados al Usar Add-seq

Al usar el método Add-seq para examinar la cromatina, los investigadores encontraron que los patrones de modificación alrededor de TSS y TTS coincidían con expectativas conocidas. Por ejemplo, había una mayor accesibilidad cerca del inicio y el final de los genes, lo cual es consistente con el conocimiento previo sobre la estructura de la cromatina.

Los resultados también indicaron variabilidad en cómo estaban posicionados los nucleosomas, revelando diferencias que antes habían sido difíciles de detectar. Esta variabilidad puede proporcionar información sobre cómo se regulan los genes y cómo las células responden a diferentes condiciones.

#Utilizando Redes Neuronales para Predicción

Para mejorar el análisis de los datos de secuenciación, los investigadores emplearon un enfoque de aprendizaje automático usando una red neuronal llamada NEMO. Este modelo fue entrenado con datos conocidos para predecir dónde es probable que ocurran modificaciones de angelicina basándose en las señales de nanoporo.

NEMO pudo identificar regiones de accesibilidad de la cromatina a una escala mucho más fina que los métodos tradicionales. Al analizar ventanas de datos superpuestas, NEMO proporcionó una visión más detallada de la posición de los nucleosomas y la estructura de la cromatina.

#Implicaciones para la Investigación Futura

A pesar de enfrentar desafíos, como la escasez de datos y el posible entrelazado de cadenas de ADN debido al tratamiento con angelicina, la investigación demuestra un avance significativo en la comprensión de la estructura de la cromatina. Al identificar la cromatina accesible y las disposiciones de nucleosomas, los científicos pueden obtener una comprensión más profunda de la regulación genética y los procesos celulares.

El trabajo futuro podría incluir optimizar el protocolo de tratamiento con angelicina o usar tecnologías de secuenciación avanzadas para mejorar la recolección de datos. Esta investigación abre puertas a explorar la dinámica de la cromatina de manera más exhaustiva, lo que potencialmente puede llevar a descubrimientos sobre varias funciones biológicas y enfermedades.

#Resumen

En resumen, el estudio de la cromatina y la organización de nucleosomas es crucial para entender cómo funcionan las células. Con la ayuda de nuevos métodos como Add-seq y la secuenciación de lecturas largas, los investigadores están descubriendo la complejidad de la cromatina. La capacidad de visualizar la accesibilidad de la cromatina y la posición de los nucleosomas a alta resolución está allanando el camino para descubrimientos que podrían transformar nuestra comprensión de la genética y la biología celular. A través de avances continuos en tecnología y metodologías, el futuro de la investigación sobre la cromatina se ve prometedor.