Científicos del CSIC descifran el primer nivel de plegamiento del ADN

Han resuelto la llamada "paradoja del numero de enlace del ADN nucleosomal", que ha sido objeto de debate durante más de tres décadas. El equipo, del Instituto de Biología Molecular de Barcelona, publica el resultado en Nature Communications

Joaquim Roca, a la izquierda, con su equipo: Ofelia Díaz, Sílvia Dyson, Joana Segura, Antonio Valdes y Belén Martínez Un equipo de investigadores de la Unidad de Biología Estructural del Instituto de Biología Molecular de Barcelona del CSIC ha descifrado cómo el ADN realiza sus primeros y más básicos pliegues.

Con ello, han resuelto la llamada "paradoja del numero de enlace del ADN nucleosomal", que ha sido objeto de debate durante más de tres décadas, y han demostrado que la teoría descrita sobre el empaquetamiento del ADN en nuestras células era cierta. Los resultados se han publicado en la revista Nature Communications.

“Lo que se había descrito teóricamente sobre cómo se plegaba el ADN no coincidía con los resultados de calcular el número de entrecruzamientos según esa teoría. Así que, o bien la teoría no era cierta o los cálculos eran incorrectos”, explica Joaquim Roca, investigador principal del grupo.

“Hemos aplicado una nueva estrategia para calcular con gran precisión el número de entrecruzamientos de la doble hélice en los nucleosomas en condiciones fisiológicas, y hemos examinado la topología de más de 1000 nucleosomas dentro de la célula, lo que nos ha permitido descubrir un valor distinto al que se había asumido como correcto hasta ahora”, cuenta Joana Segura, primera autora del artículo.

Nucleosomas, el primer grado de empaquetamiento del ADN

El nucleosoma es un complejo de ADN y proteínas histonas, que constituye el primer grado de empaquetamiento del ADN dentro de la célula. En cada nucleosoma, cerca de 146 pares de bases de ADN envuelven un octámero de histonas. La repartición de esta estructura a lo largo de miles o millones de pares de bases de ADN genera una fibra semejante a un collar de cuentas.

Este plegamiento permite reducir más de cuatro veces la longitud de las moléculas de ADN y, a su vez, hacerlas  mucho mas flexibles, lo que es fundamental para que puedan empaquetarse en cromosomas y distribuirse de una manera ordenada dentro del núcleo celular.Imagen de los pliegues básicos del ADN alrededor del nucleosoma.

El nuevo valor obtenido en el laboratorio de “Topología del DNA” de la Unidad de Biología Estructural resuelve la "paradoja del numero de enlace" sobre el empaquetamiento del ADN. Al mismo tiempo, descifra el primer nivel de plegamiento del ADN, que es la molécula que contiene toda nuestra información genética.

Este avance pone nuevas bases al estudio sobre cómo el ADN se empaqueta para poder almacenar toda la información necesaria para la vida dentro de un espacio tan pequeño como es el núcleo celular.

La paradoja del número de enlace

La paradoja se refiere a una incongruencia en la manera en que se pliega el ADN para formar los nucleosomas, que son la unidad estructural y fundamental de los cromosomas. La deformación del ADN cuando forma un nucleosoma se definió mediante 3 parámetros y se relacionan mediante una ecuación: el número de vueltas que da el ADN sobre el octaedro de histonas, el grado de torsión que adquiere la doble hélice y el número de veces que las dos cadenas del ADN se entrecruzan entre ellas. Cada uno de estos parámetros había sido calculado independientemente a lo largo de numerosos estudios realizados desde los años 80.

En todos los casos se observó que el número de entrecruzamientos de la doble hélice en un nucleosoma era incoherente con el resto de valores de la ecuación. "Este problema, conocido como la paradoja del número de enlace del ADN nucleosomal, implicaba que realmente aún no entendíamos del todo como se empaqueta el ADN en el interior de la célula, ni tan siquiera en su nivel mas elemental", asegura el Prof. Joaquim Roca.

Referencia del artículo:
Intracellular nucleosomes constrain a DNA linking number difference of -1.26 that reconciles the Lk paradox. Joana Segura, Ricky S. Joshi, Ofelia Díaz-Ingelmo, Antonio Valdés, Silvia Dyson, Belén Martínez-García and Joaquim Roca  Nature Communications (2018) (DOI: 10.1038/s41467-018-06547-w)

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