Un equipo de investigadores dirigido por el Instituto Médico Howard Hughes (HHMI) de Estados Unidos ha capturado las imágenes más detalladas hasta el momento de las moléculas en condensados de cromatina: estructuras similares a gotas de ADN compactado. Los resultados, que se detallan en la revista ‘Science’, representan un avance significativo en la comprensión de la organización del ADN dentro de las células.
Para contextualizar, dentro de las células humanas, la biología ha logrado una proeza sorprendente: introducir seis pies de ADN en un núcleo cuyo ancho es aproximadamente una décima parte del de un cabello humano. Este proceso se realiza mediante un enroscado del ADN alrededor de proteínas, formando nucleosomas que actúan como cuentas de un collar. Estos hilos se agrupan en fibras compactas de cromatina, que se condensan aún más en el núcleo.
Sin embargo, no estaba claro cómo se lleva a cabo este proceso de compactación adicional. En 2019, el investigador Michael Rosen y su equipo informaron que los nucleosomas sintéticos creados en el laboratorio se agrupan en masas sin membrana llamadas condensados. Este fenómeno ocurre a través de un proceso conocido como separación de fases, que es similar a la formación de gotas de aceite en el agua, y que, según los investigadores, imita la compactación de la cromatina en las células.
Los condensados de cromatina, formados por cientos de miles de moléculas en rápida evolución, poseen propiedades emergentes: comportamientos que no se manifiestan en las moléculas individuales, sino que emergen cuando estas trabajan en conjunto. Estas propiedades determinan cómo se forman las gotitas y cómo mantienen sus características físicas.
Para comprender mejor estas cualidades, que podrían ser clave para entender el proceso de compactación de la cromatina, los científicos necesiten investigar las fibras de cromatina y los nucleosomas individuales en su interior. Con técnicas avanzadas de imagenología, han logrado capturar las imágenes más detalladas de las moléculas dentro de los condensados de cromatina sintética, observando cómo estas se empaquetan dentro de las estructuras en forma de gotitas. Además, el equipo también obtuvo imágenes de la cromatina nativa en las células.
Estas visualizaciones, junto con simulaciones por computadora y microscopía óptica, han permitido examinar las estructuras e interacciones de las moléculas individuales dentro de los condensados de cromatina sintética, lo cual ha sido crucial para comenzar a entender cómo se forman y funcionan.
El equipo descubrió que la longitud del ADN enlazador que une los nucleosomas impacta en la manera en que se organizan las estructuras, influyendo en las interacciones entre las fibras de cromatina y la estructura de red de los condensados. Estas características físicas ayudan a esclarecer por qué algunas fibras de cromatina experimentan mejor la separación de fases que otras y por qué los condensados formados por diferentes tipos de cromatina muestran distintas propiedades de material emergente.
«El trabajo nos ha permitido vincular las estructuras de moléculas individuales con las propiedades macroscópicas de sus condensados, realmente por primera vez», comentan los investigadores. «Estoy seguro de que estamos solo en la punta del iceberg; nosotros y otros encontraremos maneras aún mejores de desarrollar esas relaciones estructura-función a escala meso (intermedia)».
Más allá de la cromatina, el nuevo trabajo ofrece un modelo para el estudio y comprensión de la organización y funcionamiento de muchos tipos de condensados biomoleculares. Estas masas sin membrana desempeñan funciones vitales en la célula, como la regulación de la expresión génica y la respuesta al estrés.
Comprender cómo se forman y funcionan estas estructuras similares a gotitas puede arrojar luz sobre lo que ocurre cuando la condensación falla, lo cual puede ser un factor que contribuye a diversas enfermedades, desde trastornos neurodegenerativos hasta cáncer.
«Al realizar esta investigación, comprenderemos mejor cómo la condensación anormal podría llevar a diferentes enfermedades y, potencialmente, esto podría ayudarnos a desarrollar una nueva generación de terapias», concluyen los expertos.
