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La estructura nanoscópica bloquea nuestros genes
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La estructura nanoscópica bloquea nuestros genes

La estructura nanoscópica que bloquea nuestros genes.

Formado por nucleosomas (paquetes de ADN y proteína en forma de rollo), la heterocromatina está conectada por una característica similar a un velcro llamada Heterochromatin Protein 1.
Crédito: Yoshimasa Takizawa / OIST.

Auriculares inalámbricos, dos yo-yos conectados por una cuerda, orejeras: todos estos elementos podrían usarse para describir una estructura diminuta dentro del núcleo de una célula. Durante décadas, los científicos solo pudieron especular sobre la forma de la heterocromatina, un tipo de cromatina, que consiste en proteínas y ADN muy compactos. Recientemente, sin embargo, investigadores del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa, la Universidad de Posgrado (OIST) y la Universidad de Waseda han podido definir su estructura gracias a las nuevas imágenes de alto contraste en microscopía crioelectrónica. Su trabajo aparece este enero en la revista Molecular Cell.

La nueva investigación muestra que, aunque está muy compacta, la heterocromatina es quizás menos densa de lo que se pensaba. Formada por nucleosomas (paquetes de ADN y proteína en forma de rollo), la heterocromatina está conectada por una característica similar a un velcro llamada "Heterochromatin Protein 1 (HP1)". Esta característica fundamental permite que el cuerpo "bloquee" los genes para que no se puedan transcribir.

"La vida tal como la conocemos se basa en estos principios", dijo Matthias Wolf, uno de los principales autores del documento y jefe de la Unidad de Microscopía Cryo-Electronica Molecular en el Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa, Graduate University (OIST).

"Este trabajo es un ejemplo de una colaboración muy fructífera, que no hubiera sido posible solo para ninguno de los grupos de investigación", dijo Hitoshi Kurumizaka, autor principal del estudio en la Universidad de Waseda. Allí, junto con Shinichi Machida, profesor asistente en Waseda y coautor del artículo, los investigadores lograron purificar la heterocromatina in vitro. Los investigadores de OIST obtuvieron imágenes de estas muestras en un hielo amorfo similar al vidrio, que contiene cientos de piezas de heterocromatina, bajo un microscopio crioelectrónico.

Utilizando un algoritmo computarizado para clasificar las partículas individuales por tipo, los científicos "cortan" aquellas partículas que miran en la misma dirección. Luego, apilaron estos recortes digitales uno encima del otro, combinando cientos de imágenes para crear una imagen más clara. Wolf demostró el concepto colocando sus manos una encima de la otra.

"Si todo encaja perfectamente, los pulgares y todos los dedos se alinean", dijo, "y obtienes una resolución más alta".

Basándose en estas imágenes, Wolf y sus colegas crearon reconstrucciones tridimensionales de la heterocromatina. Debido a la flexibilidad de la estructura, era difícil tener una idea precisa de su forma, dijo Yoshimasa Takizawa, líder del grupo de la unidad y coprimo autor del artículo. Takizawa recolectó cientos de miles de imágenes de partículas individuales para obtener una mejor resolución.

"Nos sorprendió cómo se veía", dijo sobre la forma de la heterocromatina, "pero esto podría ser consistente con otras funciones, como la unión de otras proteínas al ADN expuesto".

En el futuro, los investigadores esperan utilizar su conocimiento para comprender estructuras de orden superior, como cadenas enteras de nucleosomas.


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