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Los científicos del MIT descubren cómo los atados moleculares obran recíprocamente con los cromosomas en el núcleo

Una célula salva todo su material genético en su núcleo, bajo la forma de cromosomas, pero ése no es todo que se mete de distancia hacia adentro allí. El núcleo está también a casa a las pequeñas carrocerías llamadas los nucléolos -; atados de las proteínas y del ARN que ayudan a construir los ribosomas.

Usando simulaciones por ordenador, los químicos del MIT ahora han descubierto cómo estas carrocerías obran recíprocamente con los cromosomas en el núcleo, y cómo la ayuda de esas acciones recíprocas los nucléolos existe como gotitas estables dentro del núcleo.

Sus conclusión también sugieren que las acciones recíprocas cromatina-nucleares de la carrocería lleven el genoma para adquirir una estructura tipo gel, que ayuda a ascender acciones recíprocas estables entre el genoma y los machineries de la transcripción. Estas acciones recíprocas ayudan a la expresión génica del mando.

Este modelo nos ha inspirado a que pensemos que el genoma pueda tener características tipo gel que podrían ayudar al sistema para codificar contactos importantes y la ayuda traduce más lejos esos contactos a rendimientos funcionales.”

Casilla Zhang, el profesor adjunto del revelado de carrera de Pfizer-Laubach de la química en el MIT, pieza del socio del instituto amplio de Harvard y del MIT, y autor mayor del estudio

El estudiante de tercer ciclo Yifeng Qi del MIT es el autor importante del papel, que aparece hoy en comunicaciones de la naturaleza.

Modelado de gotitas

Mucha de la investigación de Zhang se centra en el modelado de la estructura tridimensional del genoma y analizar cómo esa estructura influencia la regla del gen.

En el nuevo estudio, él quiso ampliar el suyo que modelaba para incluir los nucléolos. Estas pequeñas carrocerías, que analizan al principio de la división celular y después se reforman más adelante en el proceso, consisten en más que mil diversas moléculas del ARN y de las proteínas. Una de las funciones dominantes de los nucléolos es producir el ARN ribosomal, un componente de ribosomas.

Los estudios recientes han sugerido que los nucléolos existen como gotitas líquidas múltiples. Esto desconcertaba porque en condiciones normales, las gotitas múltiples deben fundir eventual juntas en una gotita grande, para disminuir la tensión de superficie del sistema, Zhang dice.

“Que es donde el problema consigue interesante, porque en el núcleo, esas gotitas múltiples pueden seguir siendo de alguna manera estables a través de un ciclo celular entero, más de cerca de 24 horas,” él dice.

Para explorar este fenómeno, Zhang y Qi utilizaron una técnica llamada la simulación de la dinámica molecular, que puede modelar cómo los cambios de un sistema moleculares en un cierto plazo. Al principio de la simulación, las proteínas y el ARN que componen los nucléolos se distribuyen aleatoriamente en el núcleo, y los carriles de la simulación cómo forman gradualmente pequeñas gotitas.

En su simulación, los investigadores también incluyeron la cromatina, la substancia que compone los cromosomas y las proteínas de los incudes así como la DNA. Usando datos de los experimentos anteriores que analizaban la estructura de cromosomas, las personas del MIT calculaban la energía de la acción recíproca de los cromosomas individuales, que permitieron que ofrecieran representaciones realistas de las estructuras del genoma 3D.

Usando este modelo, los investigadores podían observar cómo las gotitas de los nucléolos forman. Encontraron que si modelaran los componentes del nucléolo en sus los propio, sin cromatina, fundirían eventual en una gotita grande, como se esperaba. Sin embargo, una vez que la cromatina fue introducida en el modelo, los investigadores encontraron que los nucléolos formaron gotitas múltiples, apenas como hacen en células vivas.

Los investigadores también descubiertos porqué suceso eso: Las gotitas de los nucléolos se atan a ciertas regiones de la cromatina, y ésa suceso una vez, la cromatina actúa como resistencia aerodinámica que evite que los nucléolos fundan el uno al otro.

“Esas fuerzas esencialmente arrestan el sistema en esas pequeñas gotitas y las obstaculizan de fundir juntas,” Zhang dice. “Nuestro estudio es el primer para destacar la importancia de esta red de la cromatina que podría retrasar importante la fusión y arrestar el sistema en su estado de la gotita.”

Mando del gen

Los nucléolos no son las únicas pequeñas estructuras encontradas en el núcleo -; otros incluyen los puntos nucleares y la lámina nuclear, un envolvente que rodee el genoma y pueda atar a la cromatina. El grupo de Zhang ahora está trabajando en el modelado de las contribuciones de estas estructuras nucleares, y sus conclusión iniciales sugieren que ayuden a dar las propiedades más tipo gel del genoma, Zhang dice.

“Este acoplamiento que hemos observado entre la cromatina y las carrocerías nucleares no es específico a los nucléolos. Es general a otras carrocerías nucleares también,” él dice. “Esta concentración nuclear de la carrocería cambiará fundamental la dinámica de la organización del genoma y girará muy probablemente el genoma de un líquido a un gel.”

Este estado tipo gel haría más fácil para diversas regiones de la cromatina obrar recíprocamente con uno a que si la estructura existió en un estado líquido, él dice. Mantener acciones recíprocas estables entre las regiones distantes del genoma es importante porque los genes son controlados a menudo por los alargamientos de la cromatina que son físicamente distantes de ellos.

La investigación fue financiada por los institutos nacionales de la salud y del asiento de Gordon y de Betty Moore.

Source:
Journal reference:

Qi, Y & Zhang, B., (2021) Chromatin network retards nucleoli coalescence. Nature Communications. doi.org/10.1038/s41467-021-27123-9.