Las diferencias entre humanos ADN y el ADN del mosquito no se limita a la disposición de las letras en el código genético. Si abriera una célula humana y una célula de mosquito y mirara en el núcleo de cada una, vería que sus cromosomas están doblados con un tipo de origami genético dramáticamente diferente. Ahora, los investigadores han descubierto cómo doblar un tipo de ADN para tomar la forma del otro, esencialmente haciendo que el ADN humano se enrolle como el de un mosquito.
«En el núcleo humano, los cromosomas están agrupados en paquetes ordenados», dijo a Live Science Claire Hoencamp, candidata a doctorado en biología del cáncer en la Universidad de Amsterdam, en una videollamada mientras arrugaba una hoja de papel. «Pero en el núcleo del mosquito, los cromosomas están doblados por la mitad». Mientras hablaba, dobló varias hojas de papel por la mitad y las colocó como libros en un estante, con las páginas hacia afuera.
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Hoencamp estaba estudiando la condensina II, una proteína involucrada en la división celular. En un experimento, destruyó esta proteína en una célula humana para observar su efecto en el ciclo celular. Como si se tratara de una coreografía elaborada, los cromosomas de la célula resultante se replegarían. Pero no se replegó como el ADN en un núcleo humano; en cambio, se transformó en su mejor impresión de las entrañas de un mosquito núcleo.
Mientras tanto, Olga Dudchenko, investigadora postdoctoral del Centro de Arquitectura del Genoma de la Universidad de Baylor en Texas, clasificaba los genomas basándose en las estructuras 3D que forman sus cromosomas. Como codirectora de un proyecto multiinstitucional llamado DNA Zoo, estaba viendo algunos patrones distintos.
«Esencialmente, podemos clasificar las cosas en dos arquitecturas básicas», dijo, haciendo referencia a la naturaleza estrechamente enrollada y compartimentada del genoma humano frente a la disposición más flexible del genoma del mosquito. No importa cuántas especies examinó, cromosomas tomó variaciones de dos formas básicas.
De manera desconcertante, su investigación sugirió que algunos linajes usarían una forma y evolucionarían a la segunda y luego, en muchos casos, volverían a evolucionar. Sin embargo, no sabía qué fuerza, si es que había alguna, estaba impulsando estos cambios.
Al presentar su investigación en una conferencia en Austria, los dos equipos se dieron cuenta de que estaban abordando el mismo problema desde diferentes ángulos. Esencialmente, Hoencamp había encontrado una proteína que pliega los cromosomas, y Dudchenko había detectado que el experimento de Hoencamp sucedía de forma natural en escalas de tiempo evolutivas.
Después de que decidieron colaborar, COVID-19 golpeó. Con el acceso al laboratorio cortado, los colaboradores recurrieron a las simulaciones por computadora para comprender mejor el papel de la condensación II en la organización nuclear. Con la ayuda de un laboratorio de la Universidad Rice en Houston, simularon los efectos de la condensina II en millones a miles de millones de letras en un genoma, confirmando lo que Hoencamp había encontrado en experimentos anteriores.
En un análisis genético descrito el 28 de mayo en la revista Ciencias, los investigadores observaron 24 especies y encontraron que las especies con la disposición cromosómica más flexible tenían una cosa en común: un gen de condensina II roto.
La investigación futura tendrá como objetivo determinar qué ventaja evolutiva, si la hubiera, podría tener una estructura de núcleo sobre la otra. Cuando los investigadores examinaron la expresión génica, encontraron que la estructura de plegamiento de los cromosomas solo afectaba levemente la expresión génica, o la cantidad de cada proteína producida por diferentes genes. Ese hallazgo sorprendió a Hoencamp.
Dado lo poco que el plegamiento afectó la expresión génica, no está claro por qué una especie doblaría su ADN de una forma u otra.
Sin embargo, debido a que ambos métodos de plegado se encuentran en todo el árbol evolutivo, los efectos sutiles de cada uno podrían tener grandes implicaciones. «Las variaciones en la estructura 3D parecen tener que ver con el ajuste fino», algunas funciones dentro de los organismos, dijo Dudchenko. Sin embargo, exactamente lo que se está modificando sigue siendo un misterio.
Publicado originalmente en Live Science.