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H2020

VCSD — Resultado resumido

Project ID: 656873
Financiado con arreglo a: H2020-EU.1.3.2.
País: España
Dominio: Investigación fundamental

La cromatina observada a escala molecular

La microscopía de fluorescencia es una herramienta fundamental para observar la biología en marcha, pero su resolución espacial está limitada por la difracción de la luz. Nuevos avances realizados por investigadores de la Unión Europea han logrado sortear este obstáculo y superponer datos a nanoescala en dos colores y tres dimensiones mediante microscopía de fluorescencia de superresolución (SRFM).
La cromatina observada a escala molecular
La cromatina es el complejo de ADN y proteínas organizadoras que se encuentran en el núcleo. La estructura de la cromatina es extremadamente importante dado que su remodelación puede provocar la activación o anulación de genes. El control génico es fundamental para el desarrollo de células madre en las que una célula pluripotente puede convertirse en cualquier tipo de célula del organismo. Además, para la ciencia es básico controlar con precisión estas células en terapias con células madre. Igual de importante es para la epigenética, donde la transcripción genética puede modificarse a causa del entorno de la cromatina.

Una investigación reciente ha mostrado que la organización espacial de la cromatina es un factor regulador fundamental de la expresión y silenciamiento génicos. No obstante, la estructura de la cromatina aún no se conoce al detalle debido a la escala nanométrica del sistema y las limitaciones en cuanto a resolución espacial, una relación señal/ruido débil y el estimador promedio de un conjunto de los métodos actuales.

SRFM en lugar de microscopía de fluorescencia convencional

El investigador principal del proyecto VCSD (Visualising chromatin structure and dynamics), el doctor Jason Otterstrom empleó, gracias a la financiación de una beca Marie Curie, la microscopía de fluorescencia de superresolución (SRFM) para superar estas limitaciones. Su amplia experiencia en microscopía de fluorescencia aplicada a sistemas biológicos le sirvió para trabajar en dos laboratorios del Instituto de Ciencias Fotónicas en Barcelona, primero con Melike Lakadamyali y después con el doctor Loza-Álvarez, ambos expertos en SRFM. La técnica utilizada descubre la posición de cada tinta fluorescente en el espacio tridimensional y reconstruye una imagen a partir de estas posiciones, tal como hacían los puntillistas del siglo XIX.

El objetivo general de VCSD fue establecer un nuevo marco para la caracterización de la estructura de la cromatina. «Para lograrlo desarrollamos una metodología y un algoritmo con el que superponer datos de microscopía de superresolución en dos colores y en tres dimensiones», explica el doctor Otterstrom. Gracias al algoritmo, los datos de superresolución contribuyeron a observar y cuantificar el ADN y las histonas a escala general durante la reestructuración de la cromatina. El siguiente paso será localizar un loci genético determinado en el núcleo para estudiar la organización y reestructuración de la cromatina a escala local y en correlación con la expresión génica.

La búsqueda de las tinturas ideales para imágenes multicolor

El empleo de distintos tintes para generar imágenes multicolor supuso todo un reto. «Descubrí que, si bien algunos de los tintes son adecuados para la obtención de imágenes de ciertas estructuras en SRFM de localización unimolecular, no son eficaces para obtener imágenes de otras como las histonas que pretendía observar», aclara el doctor Otterstrom.

La solución fue buscar extensamente tintes adecuados y las condiciones de búfer necesarias. Por último, la colaboración con otro estudiante de doctorado presentó la idea de utilizar un método unimolecular ortogonal con distintos requisitos de calidad de tintura. «Tuve que ajustar mi trabajo con los datos para aunar dos estrategias de obtención de imágenes, lo cual ofreció resultados», informa el doctor Otterstrom.

Aplicaciones futuras a título personal y general

Los análisis de los resultados de VCSD continúan en paralelo a la labor de registro de datos. La metodología desarrollada la utilizarán científicos dedicados a la biología de las células madre y la cromatina, lo cual reforzará la reputación mundial de Europa en materia de innovación científica.

«La beca Marie Curie me permitió buscar aplicaciones de la cuantificación estructural de la cromatina como biofísico independiente y encontrar un trabajo satisfactorio en este campo», concluye el doctor Otterstrom. Conocer la estructura de la cromatina a nanoescala es cada vez más importante para las aplicaciones de células madre y epigenéticas, y VCSD generó una base de información sólida sobre la que ampliar este ámbito biomédico en expansión.

Palabras clave

VCSD, cromatina, microscopía de fluorescencia de superresolución (SRFM), célula madre, histona, pluripotente, epigenético, ortogonal unimolecular
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