Cartografía de alta resolución en 3D de la organización de los cromosomas

En colaboración con investigadores del Instituto Weizmann en Israel, un equipo del Instituto de Genética Humana (CNRS) ha, por primera vez, reveló el detalle tridimensional de la arquitectura de los cromosomas (1) : Giacomo Cavalli y sus colegas han logrado alta resolución (2) mapeo de los diferentes contactos que existen dentro y entre los cromosomas.Llevaron a cabo esta proeza utilizando una nueva técnica de muy alto rendimiento mejorado por el equipo de Montpellier.Este trabajo de investigación principal debería arrojar nueva luz sobre el impacto de la organización de los cromosomas en el genoma 3D (3) la expresión y en la aparición de enfermedades como el cáncer. Se publica en la versión online de la revistaCell , de 19 de enero de 2012.

Los investigadores habían sospechado durante años: los individuos son más que la suma de sus genes y por lo tanto la arquitectura de sus cromosomas también podría ser un factor clave para el buen funcionamiento de sus células. Sin embargo, hasta ahora, una verdadera comprensión de los principios que rigen el plegamiento del genoma en el núcleo estaba fuera del alcance de los enfoques existentes. En consecuencia, durante los últimos cuatro años, una veintena de equipos de investigación en diversas partes del mundo han sido el desarrollo de métodos para el estudio del genoma de plegado.

Para describir las interacciones entre las regiones del genoma, el equipo del CNRS utilizaron un método conocido como «captura de la conformación del cromosoma» (Hi-C), derivado de una técnica desarrollada en 2009 por un grupo americano. Al igual que la versión americana, el método de Montpellier consta de tres pasos principales: la fijación de las interacciones intra-e inter-cromosómica con formaldehído (4) , unión de los extremos de las dos regiones que están en contacto con la proteína ADN ligasa (5) , de origen bacteriano, y determinar la secuencia de estas dos regiones de contacto. Sin embargo, Cavalli y sus colegas han traído mejoras significativas a la técnica, por lo que es posible estudiar los fragmentos mucho más pequeños de ADN (varios cientos de pares de bases, en comparación con los fragmentos de kilobases 5-10 anteriores), y permitiendo así que estas interacciones que se asignan a alta resolución .

Usando esta técnica, los investigadores en Montpellier y sus colegas israelíes analizaron el genoma de Drosophila (también conocida como mosca de la fruta), un insecto cuyo genoma es quince veces más pequeño que el nuestro. El equipo fue capaz de identificar no menos de 118 millones de las zonas de contacto! El análisis de estas zonas permitió a los científicos elaborar mapas muy detallados de interacción. Estos muestran que los cromosomas están organizados en dominios que contienen uno o más genes. Separado por regiones de contorno cromáticas conocidos como «aisladores», estos dominios se corresponden bien con las zonas activamente expresadas (6) , oa regiones inactivas.

La pericia matemática del equipo israelí Amos Tanay ayudó a ambos grupos a desarrollar un modelo informático capaz de predecir con una precisión bastante buena, el plegamiento real de los cromosomas. Esta herramienta muy poderosa que ha hecho posible para dilucidar los principios fundamentales de la organización en 3D del genoma.

En particular, parece que los dominios inactivos tienden a formar interacciones con otros dominios inactivos, a menudo cercanos en el mismo cromosoma, mientras que los dominios activos «de contacto», otros dominios activos, ya sean cercanos o lejanos, en algunos casos en otros cromosomas.

Este trabajo fundamental debe proporcionar una mejor comprensión de las diferencias en el plegamiento cromosómico entre diferentes tipos de células (células del hígado, células musculares, células nerviosas, etc), y la importancia de plegado tal en la aparición de cáncer.

 

Los cromosomas en 3D


© Giacomo Cavalli

Ejemplo de un mapa interacción 3D para una región del genoma de un tamaño de 15 millones de pares de bases (alrededor de un cuarto de un cromosoma, aquí el cromosoma 2R). Círculos rodean a las regiones que están muy alejados en una escala lineal, sino establecer interacciones muy fuertes en las células. En la parte superior izquierdo, un inserto muestra una de estas interacciones asignadas a alta resolución y afecta a los genes (HBS y SNS) reprimidos en las mismas celdas. A su derecha, otro de inserción muestra una imagen del microscopio en el que estos dos genes son de color verde y rojo y son co-localizado en el 48% de las células embrionarias. El mismo análisis se muestra en los insertos de la derecha para otros dos genes (HBS y synj) que se caracterizan por interacciones mucho más débiles, utilizando tanto el método de microscopía y Hi-C, a pesar del hecho de que son a la misma distancia lineal a lo largo del cromosoma . Estos mapas, que ahora están disponibles para todos los genes, permitirá estudiar cómo afecta el entorno 3D de la actividad de cada gen en las células normales o patológicos.


 

Notas:

(1) soportes físicos para la información genética, compuestos de ADN. Nuestra núcleos celulares contienen 23 pares. (2) Varios cientos de pares de bases. (3) El material genético completo de un individuo. (4) compuesto químico derivado de formol, que es capaz de detener toda la actividad celular y para formar covalente de ADN-proteína enlaces cruzados. (5) de enzima que las hebras de ADN rotas reparaciones. (6) Las zonas que dan lugar a la producción de proteínas.

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