Científicos del Instituto Tecnológico Technion-Israel han utilizado “pinzas láser” para intentar comprender mejor que nunca la estructura del ADN, arrojando luz sobre mecanismos poco conocidos que influyen en la expresión de los genes en el cuerpo humano.
La cromatina se encuentra en el ADN, el código esencial del cuerpo humano que proporciona las instrucciones necesarias para el funcionamiento y el desarrollo. Aunque se dice que hay alrededor de dos metros de ADN en total en el cuerpo humano, que se encuentra en el núcleo de cada célula, está comprimido en solo decenas de micras de tamaño. Esto se debe a la forma en que el ADN se empaqueta, formando una estructura compacta conocida como cromatina.
La propia cromatina se organiza envolviendo las hebras de ADN alrededor de una proteína específica llamada histonas. Se dice que la estructura en forma de carrete que acaba formando se parece a las cuentas de un hilo. Estas “cuerdas” se conectan con un tipo especial de histona llamada histona enlazadora, que ayuda a las hebras a formar estructuras más complejas llamadas cromatosomas.
La ventaja de empaquetar el genoma humano de esta forma es que permite que encaje físicamente en la célula. Sin embargo, dificulta el acceso a él, lo que puede plantear problemas a los mecanismos de la célula que deben leer el ADN.
El resultado es que la forma en que un gen se expresa en última instancia depende de un método particular de empaquetamiento. Cómo funciona esto exactamente sigue siendo un misterio, y los científicos han luchado por encontrar una respuesta. Pero algo que se ha descubierto es el papel de las histonas enlazadoras en la organización de este empaquetamiento. En otras palabras, si una histona enlazadora funciona mal, podría dar lugar a un empaquetamiento inadecuado, que puede dar lugar a una expresión genética no ideal.
Según algunos expertos, se cree que el resultado final del mal funcionamiento de las histonas enlazadoras podría manifestarse como autismo o enfermedades graves como el cáncer. Pero el modo en que las histonas enlazadoras se unen al ADN sigue siendo un misterio, lo que dificulta aún más la investigación de la cuestión con métodos convencionales.
Pero un método no convencional es exactamente el que utilizó el Dr. Sergei Rudnizky. El científico y su equipo desarrollaron un nuevo método basado en “pinzas ópticas”, un método que utiliza un rayo láser enfocado para capturar moléculas individuales y ejercer fuerza sobre ellas.
El método en sí fue promovido por el científico judío-estadounidense Arthur Ashkin en 1986. Se basaba en años de investigación que había realizado en la década de 1970, y que más tarde constituyó la base del trabajo de 1986 de Steven Chu sobre el uso de pinzas ópticas para enfriar y atrapar átomos neuronales. Chu ganaría el Premio Nobel de Física por este trabajo en 1997, y más tarde sería secretario de Energía de EE.UU. de 2009 a 2013. El propio Ashkin ganaría más tarde el Premio Nobel de Física por ello en 2018.
La tecnología también se empleó posteriormente en otros sectores, y en 2010 fue adoptada por la Universidad de Tel Aviv para la investigación en nanotecnología.
Con esta pinza láser, Rudnizky, bajo la supervisión de los profesores Ariel Kaplan y Philippa Melamed, fue capaz de separar lentamente una hebra de ADN del resto de las hebras. El proceso funciona de forma similar a la bajada de una cremallera, retirando lentamente la hebra del cromatosoma. Sin embargo, no es un proceso sencillo, ya que la hebra de ADN puede atascarse si hace el más mínimo contacto con una histona. Cuando esto ocurre, se aplica más fuerza para seguir avanzando.
Y resulta que el contacto entre histonas y ADN es mucho más amplio, ya que los cromatosomas son mucho más grandes de lo que se creía. Las propias histonas enlazadoras resultaron también sorprendentemente flexibles en su estructura, ya que el cromatosoma puede adoptar dos formas diferentes, una simétrica y compacta y otra relajada y asimétrica.
Pero es posible controlar externamente la transición entre estas formas mediante mecanismos de transcripción en las células.
Como sugieren los hallazgos, publicados en la revista académica Molecular Cell, es posible que la célula utilice esta transición para regular su acceso al ADN.
Estos hallazgos son muy significativos, ya que arrojan luz sobre funciones poco conocidas de la expresión del genoma, lo que puede hacer avanzar los conocimientos sobre el papel de la cromatina y los cromatosomas en la salud y las enfermedades.
