Una nueva técnica permite estudiar interacciones complejas del genoma

Publicado originalmente por el Centro Max Delbrück de Medicina Molecular el 19 de junio de 2023

 Crédito: Unsplash/CC0 Public Domain

Los primeros televidentes en blanco y negro no podíann saber, hasta la década de 1980, lo que se estaban perdiendo hasta que tuvieron un televisor en color. Un cambio similar podría ocurrir en el mundo de la genómica, gracias al desarrollo de una técnica de un equipo de investigadores del Instituto de Biología de Sistemas Médicos de Berlín, del Centro Max Delbrück (MDC-BIMSB). Se ha denominado a esta técnica Mapeo de Arquitectura del Genoma ("GAM") y permite ver el genoma en glorioso tecnicolor. GAM revela información sobre la arquitectura espacial del genoma que es invisible para los científicos que utilizan únicamente Hi-C, una herramienta de batalla desarrollada en 2009 para estudiar las interacciones del ADN, según informa un nuevo estudio publicado por el laboratorio Pombo en Nature Methods.

"Con un televisor en blanco y negro, puedes ver las formas, pero todo se ve gris", dice la profesora Ana Pombo, bióloga molecular y directora del laboratorio de Regulación Epigenética y Arquitectura de la Cromatina. "Pero si tienes un televisor en color, cuando ves las flores te das cuenta de que son rojas, amarillas y blancas y sólo con el televisor en blanco y negro no podíamos saberlo. Del mismo modo, también hay información sobre la forma en que el genoma se pliega en tres dimensiones de las que no hemos sido conscientes".

Comprender la organización del ADN puede servir para revelarnos los mecanismos de la salud y la enfermedad. Nuestras células empaquetan un genoma de 2 metros de largo en un núcleo de aproximadamente 10 micrómetros de diámetro. El empaquetado se realiza precisamente para que el ADN regulador entre en contacto con los genes correctos en los momentos adecuados y los encienda y apague. Los cambios en la configuración tridimensional pueden interrumpir este proceso y causar enfermedades.

"Hemos sabido durante mucho tiempo que las enfermedades son hereditarias", dice el Dr. Robert Beagrie, coautor del estudio y biólogo molecular de la Universidad de Oxford, anteriormente en el laboratorio Pombo. "Más recientemente, hemos llegado a comprender que gran parte de esta predisposición se debe a que heredamos variantes de secuencias de ADN de nuestros padres que afectan la forma en que nuestros genes se activan y desactivan".

 Ana Pombo en el laboratorio. Crédito: Pablo Castagnola, Centro Max Delbrück

GAM proporciona información más compleja

Técnicas como Hi-C y GAM permiten a los científicos congelar y estudiar las interacciones entre las secuencias reguladoras y los genes. En Hi-C, la cromatina se corta en pedazos utilizando enzimas y luego se pega de nuevo de tal manera que las interacciones bidireccionales del ADN se revelan tras la secuenciación. En el caso de GAM, descrito por primera vez por el equipo de Pombo en Nature en 2017, los científicos toman cientos de rebanadas delgadas de núcleos, cada uno de células individuales, y extraen ADN de ellas. Secuencian el ADN y analizan estadísticamente los datos para aprender qué regiones interactúan.

Usando esta técnica, el equipo creó un mapa de las interacciones tridimensionales. Cuando compararon esto con los mapas 3D existentes del genoma creados usando Hi-C, encontraron muchas interacciones novedosas. Esto los desconcertó hasta que se dieron cuenta de que estaban viendo interacciones más complejas usando GAM, con múltiples regiones de ADN que se unen al mismo tiempo. "Estos contactos más complejos contienen genes activos, regiones reguladoras y súper potenciadores, que regulan genes importantes que determinan la identidad celular", dice el Dr. Christoph Thieme, coautor del estudio y becario postdoctoral senior en el laboratorio de Pombo.

En comparación, Hi-C capturó principalmente interacciones bidireccionales. Ambas técnicas son complementarias, ya que dos de cada tres contactos detectados por GAM no fueron visibles utilizando Hi-C, y viceversa.

"Me emocionó mucho ver que habíamos descubierto un efecto realmente significativo", dice Beagrie. "Está claro que estas interacciones complejas son mucho más comunes de lo que habíamos creído anteriormente".

Más información:  Multiplex-GAM: la identificación de contactos de cromatina en todo el genoma produce información pasada por alto por Hi-C, Nature Methods (2023). DOI: 10.1038/s41592-023-01903-1

Información de la revista: Nature Methods, Nature

Artículo original