Investigadors de l’Institut de Biologia Molecular de Barcelona del CSIC han fet un estudi pioner per inspeccionar la topologia de l’ADN intracel·lular. Mitjançant el desenvolupament d’un nou procediment, topo-seq, han descobert que els nucleosomes recorden la trajectòria del seu ADN fins i tot quan són reubicats. Aquesta propietat és un paràmetre nou per entendre l’arquitecura del genoma i obre un nou camp de recerca, la topolòmica.
Un treball dirigit per l’Institut de Biologia Molecular de Barcelona (IBMB) del CSIC mostra que diferents parts d’ADN del genoma tenen formes diferents, i que “recorden” i mantenen aquestes formes fins i tot quan són reubicades a altres regions del genoma. Publicat recentment a Nature Communications, està dirigit per Joaquim Roca, investigador de l’Institut de Biologia Molecular de Barcelona (IBMB), centre del CSIC ubicat al Parc Científic de Barcelona.
Les llargues molècules de l’ADN genòmic s’han de recargolar i doblegar amb precisió per donar forma i funcionalitat als cromosomes. Per això, nombroses proteïnes i activitats motores organitzen l’ADN d’una manera específica en les fibres de cromatina que donen identitat a diferents regions dels cromosomes i cèl·lules.
Des de fa anys, es coneix millor l’organització tridimensional d’aquestes fibres. Tot i això, se sap poc de com cadascuna les proteïnes i factors de la cromatina determinen individualment la trajectòria de l’ADN. La topologia de la doble hèlix de l’ADN ofereix una gran plasticitat i varietat de conformacions.
Joaquim Roca, investigador de l’IBMB-CSIC explica: “Desxifrar la topologia de l’ADN en cadascun dels elements de la cromatina (l’ADN empaquetat al nucli de les cèl·lules), el que anomeno ‘topolòmica’, és un repte essencial per entendre en profunditat els mecanismes que regulen l’arquitectura i les activitats dels genomes”.
L’ADN “memoritza” les seves formes
Curiosament, de la mateixa manera que unes sabates i altres peces de vestir es van deformant amb el temps per adaptar-se a la forma del nostre cos, les molècules de l’ADN també recorden les deformacions a què estan sotmeses quan interaccionen amb els elements de la cromatina, explica Roca.
Durant l’evolució biològica, aquestes deformacions han anat quedant memoritzades a la seqüència de bases de l’ADN. Per tant, a les molècules d’ADN no només hi ha un codi genètic que determina l’estructura de les proteïnes, sinó que també hi ha un codi estructural molt més subtil que facilita que l’ADN es plegui adequadament en les diferents regions dels cromosomes.
L’existència d’aquest codi estructural és el que revela aquest treball publicat a Nature communications. L’equip utilitza un nou procediment per mesurar la topologia de l’ADN als nucleosomes, la unitat estructural de la cromatina.
Els resultats mostren que els nucleosomes procedents de diferents regions del genoma presenten diferents topologies a l’ADN i que aquestes topologies es mantenen quan els nucleosomes són canviats de lloc.
El potencial de Topo-seq
Un dels reptes d’aquest estudi ha estat inspeccionar i comparar la topologia de l’ADN de milers de nucleosomes en paral·lel. Per això, el laboratori de Topologia de l’ADN de l’IBM ha desenvolupat un nou procediment, anomenat Topo-seq, que ha permès separar molècules d’ADN segons la seva topologia mitjançant l’electroforesi en gel. A continuació, les molècules d’ADN són extretes de diferents regions del gel i són seqüenciades massivament, cosa que ha permès calcular la topologia de cadascuna.
En aquest primer estudi, els autors han utilitzat Topo-seq per determinar la topologia de l’ADN en nucleosomes de llevat, però el seu objectiu següent és aplicar-lo en genomes més complexos (com l’humà) i examinar la topologia de l’ADN en tots els elements de la cromatina en diferents condicions i tipus cel·lulars.
Article de referència:
Joana Segura, Ofelia Díaz-Ingelmo, Belén Martínez-García, Alba Ayats-Fraile, Christoforos Nikolaou, Joaquim Roca. Nucleosomal DNA has topological memory. Nature Communications. 2024 ;15(1):4526.
doi: 10.1038/s41467-024-49023-4.
La plasticitat i curvatures de la doble hèlix recorden i faciliten un plegament específic de l’ADN a diferents regions dels cromosomes. DNA Topology Lab (IBMB-CSIC).