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Los investigadores revelan el mecanismo de la formación artificial del cromosoma en los embriones de los elegans de la C.

Un equipo de investigación llevado por el Dr. Karen Wing Yee YUEN, profesor adjunto de la escuela de ciencias biológicas en la universidad de Hong Kong (HKU), reveló el mecanismo de la formación artificial (AC) del cromosoma en los embriones de los elegans modelo de Caenorhabditis del organismo, un 1 milímetro largo, nematodo transparente.

Las conclusión se han publicado como dos papeles continuos en la investigación influyente de los ácidos nucléicos del gorrón científico. Los estudios han ofrecido discernimientos en los mecanismos del montaje de la DNA, nueva formación del centrómero y han facilitado la ingeniería de ACs para reproducirse y la terapia génica. En resumen, el Dr. Karen Yuen y el Dr. Zhongyang LIN del becario postdoctoral han descubierto las proteínas celulares in vivo (interior un organismo vivo) usadas para tramitar no nativo, fragmentos descubiertos de la DNA para formar un cromosoma artificial cromatina-embalado y disecado los mecanismos moleculares de cómo la DNA no nativa kb-clasificada se puede montar en sobre 10 megabase-clasificó el cromosoma artificial en elegans de la C.

¿Cuáles son cromosomas artificiales, y porqué ellos llevan a cabo la llave al remedio futuro?

Esencialmente, nuestra DNA es empaquetada meticuloso por las proteínas para componer la cromatina. Si la DNA era como una rosca, estas proteínas son los carretes que los vientos de la rosca de la DNA alrededor para mantenerse interior ordenado y aseado de una célula microscópica. ¿Sin embargo, qué suceso cuando una rosca no nativa, descubierta de la DNA sin el carrete se introduce en el ambiente? Interesante, la célula se equipa para suministrar esta nueva rosca sus propios carretes hecho a sí mismos, permitiendo a esta rosca descubierta de la DNA ser mantenido estable en el ambiente celular como parte del nuevo repertorio de la célula. Llamamos esta formación artificial de proceso (AC) del cromosoma.

Entre los usos útiles de cromosomas artificiales, una de las perspectivas más emocionantes es terapia génica. Por ejemplo, la fibrosis quística fatal, crónica de la enfermedad pulmonar (CF) es causada por una mutación en el gen de CFTR y es actualmente una enfermedad incurable. Los científicos han estado estudiando el uso de los cromosomas artificiales bacterianos y de la levadura (BACs y YACs) como un vector u onda portadora de expresar el gen normal, funcional de CFTR y vencen las células defectuosas el hospitalizado de la expresión de CFTR.

Como en vida, manipular algo, debemos primero entenderlo. Para dirigir los cromosomas artificiales, debemos primero aprender cómo se forman y se mantienen.

Cómo se forman y se mantienen los nuevos cromosomas, y la importancia del centrómero

Casi dos células trillón dividen cada día en un cuerpo humano medio. Esto significa que dos células trillón tienen que hacer una copia perfecta de ellos mismos cada vez. El costo de la división celular que viene de impecabilidad es brevemente indudablemente el enemigo peor de la humanidad con todo: cáncer, en el cual muchos son caracterizados por inestabilidad del cromosoma. Un jugador importante en asegurar la herencia fiel de nuestros cromosomas durante la división celular es el centrómero.

El centrómero es una región especializada en cada cromosoma que conecte el cromosoma con los microtubules del huso para orquestrar la segregación del cromosoma en cada división celular. En algunas células cancerosas, los centrómeros pueden desactivarse o perderse de los cambios cromosómicos y sobrepasar baja del cromosoma formando un nuevo centrómero en una región al azar, ectópica. Hasta ahora, no mucho se sabe sobre la nueva formación del centrómero (neocentromere), a pesar de ella siendo implicado en inestabilidad del cromosoma y un impulsor del tumorigenesis. Esto es porque la formación del neocentromere es notorio difícil de estudiar puesto que el proceso de los efectivoses del neocentromere ha sido desafiador observar, pues se comprueban solamente cuando se presentan los desordenes o el cáncer de desarrollo y se realizan los análisis genomic. Es decir los nuevos centrómeros se descubren a menudo de largo después de su formación y estabilización.

Para conducto estudios en la formación del centrómero, las personas del Dr. Yuen utilizaron un método directo, directo: microinjection, desarrollado hace casi 30 años. En la otra especie, tal como seres humanos, se reconoce y se excluye sobre todo y por lo tanto no se propaga la DNA no nativa en las futuras generaciones como mecanismo de la autodefensa. Asombrosamente, los elegans de la C. son uno de la especie rara que permite la DNA no nativa, totalmente falto de cualquier serie de la DNA de los elegans de la C., fundir en un cromosoma artificial grande, megabase-clasificado. Puesta simple, mientras que los elegans de la C. pueden construir un cromosoma artificial sin el requisito nativo de la serie, lo mismo no se pueden decir sobre otros cromosomas artificiales de otras especies como el ser humano (HAC), que requieren algunas series humanas de la DNA para construir y propagar como cromosoma artificial.

Para estudiar más lejos esta característica única, las personas han desarrollado un sistema in vivo fluorescente para visualizar los cromosomas artificiales en tiempo real. El laboratorio del Dr. Yuen utiliza este análisis artificial de la segregación del cromosoma como lectura funcional para que la formación del centrómero de novo (desde el principio) investigue los factores que afectan a los efectivoses del centrómero de novo. El Dr. Lin determinó la señora de compañía RbAp46/48LIN-53 de la histona y la acetiltransferasa HAT-1 como esencial para la formación del centrómero. Aquí, los elegans de la C. actúan como modelo robusto debido a sus embriones transparentes que faciliten proyección de imagen, pero también su naturaleza rara para inducir eficientemente la formación del centrómero de novo y para segregar los nuevos cromosomas artificiales fielmente dentro de algunos ciclos celulares en los embriones.

Los estudios actuales de cromosomas artificiales ofrecen discernimientos nuevos en los procesos cromosómicos requeridos para la formación del centrómero de novo y el mantenimiento del cromosoma. Las personas del Dr. Yuen revelaron los procesos in vivo biológicos necesarios para que la DNA exógena se convierta en un cromosoma artificial estable de la propagación y desenrede la jerarquía en el montaje de un centrómero de novo de fragmentos no nativos de la DNA. Para disecar más lejos la característica única de los elegans de la C. en la adopción de series no nativas de la DNA, personas del Dr. Yuen también exploradas si este fenómeno es limitado por reglas, es decir manipulando la composición, la complejidad y el largo de la serie de la DNA para observar las preferencias para construir un cromosoma artificial en elegans de la C.

Usando estas aproximaciones, podemos ahora observar y comparar sistemáticamente cómo un nuevo centrómero se establece en un cromosoma artificial y también cómo un centrómero preexistente se mantiene en los cromosomas endógenos de los elegans de la C.

¿Pueden los cromosomas artificiales en tornillos sin fin ser la respuesta a la terapia génica?

¿Finalmente, cómo son los tornillos sin fin relevantes a los seres humanos? Mientras que la orden de cómo los genes se arreglan en un cromosoma puede ser constante a través de diversa especie estrechamente vinculada, el centrómero que coloca de nuevo también ocurre en la evolución. Por lo tanto, el proceso de la nueva formación del centrómero puede actuar como impulsor de enfermedades pero también sirve como marcador de la evolución. Además, los resultados de estos estudios podrían ayudar anticipado al campo sintetizado de la biología explorando cómo algunas características se pueden diseñar para optimizar los efectivoses de un cromosoma artificial perfeccionando la eficiencia de la formación del centrómero de novo con la segregación exacta para perfeccionar los usos de ACs como los vectores de gran capacidad, fieles para reproducirse y terapias génicas.

Source:
Journal reference:

Lin, Z., et al. (2021) Formation of artificial chromosomes in Caenorhabditis elegans and analyses of their segregation in mitosis, DNA sequence composition and holocentromere organization. Nucleic Acids Research. doi.org/10.1093/nar/gkab690.