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Reconstitution of Chromosome Replication and Epigenetic Inheritance

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Construcción de cromosomas funcionales para caracterizar la replicación de la cromatina

A pesar de que la epigenética constituye una opción prometedora para mejorar los tratamientos médicos, sus procesos moleculares subyacentes todavía no han sido definidos en detalle. CHROMOREP está trabajando por crear cromosomas funcionales que revelarán cómo interactúa la replicación del ADN con la expresión génica.

Investigación fundamental icon Investigación fundamental

Si la genética se basa en la herencia de secuencias de ADN, la epigenética consiste en cómo se hereda la expresión de esas secuencias durante la división celular. Estos «patrones de expresión» de los genes contribuyen a explicar rasgos hereditarios. Para la epigenética es esencial la replicación de cromosomas, que implica la copia precisa de las secuencias de ADN, junto con la duplicación de todos los factores que encapsulan el ADN y regulan su expresión. Sin embargo, los mecanismos moleculares precisos subyacentes a esos procesos de copia todavía están poco definidos. El proyecto respaldado por la UE CHROMOREP aprovechó los resultados alcanzados previamente por el equipo al reconstituir la replicación de ADN eucariota mediante levadura y prosiguió explorando, por primera vez, la replicación de cromosomas mediante proteínas purificadas. «Nuestro enfoque ofrece la herramienta, previamente inexistente, para estudiar la epigenética y aprender más sobre cómo influye la cromatina en los puntos de inicio y la sincronización de la replicación», explica el coordinador del proyecto John Diffley del Instituto Francis Crick, anfitrión del proyecto.

Herencia epigenética

A escala celular, uno de los aspectos más importantes de la epigenética es la herencia de «estados de expresión génica». Dos células pueden tener secuencias de ADN idénticas, pero una, por ejemplo una célula sanguínea, expresará genes diferentes que una célula cutánea. Mientras que muchas expresiones genéticas son dinámicas, reestablecidas en cada ciclo celular mediante factores de transcripción, otras permanecen estables a lo largo de un gran número de generaciones, un fenómeno conocido como «herencia epigenética». En la herencia epigenética, las proteínas de histona, vinculadas al ADN para formar paquetes denominados nucleosomas, se perturban durante la replicación del ADN. Entonces las histonas, junto con cualquier modificación química, se redepositan en la misma posición sobre las moléculas de ADN de las cepas «hijas» (cromátides) de ADN. Estas se crean después de que la doble hélice se separe en dos hebras independientes y de que se copie cada hebra. A continuación, las cromátides resultantes restablecen los patrones de expresión génica.

Desvelar los mecanismos precisos de la replicación de cromosomas

El equipo de CHROMOREP expresó y purificó todas las proteínas necesarias para la replicación de cromosomas en ADN desnudo y las reconstituyó mediante sus plantillas de cromatina. Fue capaz de combinar unas treinta proteínas purificadas para replicar la cromatina. «Las reacciones de la replicación completa de la cromatina son extraordinariamente complejas por el número de piezas móviles. La purificación y utilización de treinta proteínas diferentes es bioquímica de muy alto nivel», dice Diffley. El replisoma, junto con una proteína chaperona de histona conocida como FACT, fueron suficientes para que el equipo alcanzase la replicación de cromosomas. Esto se demostró mediante la redeposición de las histonas sobre las cromátides hijas. Los replisomas son la maquinaria molecular responsable de la replicación del ADN. Las chaperonas de histona son proteínas que se vinculan a las histonas y actúan como vehículo en su desplazamiento. «Como las histonas tienen una carga positiva muy marcada y el ADN una carga negativa muy intensa, su interacción debe ser “controlada por chaperonas” para garantizar que se produce en el lugar y momento adecuados», añade Diffley. Al obtener más información sobre los mecanismos de replicación de cromosomas, el equipo cree que será capaz de reconstituir patrones de replicación del genoma completo e incluso ir más allá de los sistemas de levadura para trabajar con proteínas humanas. «Nuestro trabajo contribuye a explicar la herencia epigenética a escala molecular, complementando el trabajo realizado por otras personas en organismos vivos completos. Lo más importante es que, al construir realmente cromosomas funcionales, podemos comprender cómo surgen los problemas que conducen a enfermedades como el cáncer», concluye Diffley.

Palabras clave

CHROMOREP, cromosoma, gen, ADN, epigenética, proteína, células, cromátide, replisoma, histona, replicación

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