Descubren que el ADN puede formar nudos muy complejos dentro del núcleo celular

Investigadores del CSIC han demostrado por primera vez que la presencia de nudos es habitual en el ADN intracelular. Estos nudos pueden ser muy dañinos para la actividad y estabilidad genética. Sin embargo, los autores del estudio muestran que también existen mecanismos que minimizan el grado de anudamiento del ADN para permitir una correcta conformación y dinámica de los cromosomas.

Patrón de nudos de ADN formados en las fibras de cromatina en células vivas. Las largas moléculas del ADN se pliegan de un modo jerarquizado para mantener la organización espacial del genoma dentro del núcleo celular. Primero, segmentos del ADN se enrollan periódicamente sobre octámeros de histonas para formar nucleosomas.  Las cadenas de nucleosomas se compactan longitudinalmente para formar fibras de cromatina, que a su vez se superenrollan y se pliegan creando asas para dar forma a los cromosomas.

Durante el proceso de condensación y descondensacion de las cadenas de nucleosomas y fibras de cromatina, unas enzimas denominadas topoisomerasas tienen un papel esencial.

Las topoisomerasas eliminan los problemas topológicos (tensiones, nudos, encadenamientos) que surgen entre distintos segmentos de las moléculas del ADN. En particular, la topoisomerasa II produce cortes transitorios en la doble hélice del ADN, lo que permite que segmentos del ADN puedan pasar unos a través de otros, tal como hacen los magos cuando unen o separan dos aros de metal.

"Si bien la topoisomerasa II es capaz de eliminar los problemas topológicos del ADN, esta enzima también puede provocar la formación de nudos cuando las moléculas del ADN se encuentran condensadas en las fibras de cromatina", explica el director del estudio, Joaquim Roca, investigador del Instituto de Biología Molecular de Barcelona del CSIC. "Por tanto, hay un equilibrio entre la formación y eliminación de nudos, que las células deben regular para evitar que todo su ADN se convierta en una maraña descomunal de filamentos", añade.

Otro aspecto interesante derivado de esta investigación es que el análisis de los nudos formados en el ADN intracelular permite deducir propiedades estructurales de la cromatina in vivo. "La abundancia y el tipo de nudos que observamos nos indican que las cadenas de nucleosomas son muy flexibles, y que las fibras de cromatina están formadas por agregados irregulares de nucleosomas que se repiten de forma periódica", apunta Roca.

Artículo de referencia:
Antonio Valdés, Joana Segura, Sílvia Dyson, Belén Martínez-García, Joaquim Roca. DNA knots occur in intracellular chromatin. Nucleic Acids Res. (2017). DOI: 10.1093/nar/gkx1137.

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