El ADN se enrolla y desenrolla asimétricamente, como un yoyó

Para empaquetar dos metros de ADN en una célula microscópica, la cadena de información genética debe enrollarse muy cuidadosamente en los cromosomas. Sorprendentemente, la secuencia de ADN hace que se enrolle y desenrolle de forma parecida a un yoyó, según explican científicos de la Universidad de Illinois (EE.UU.) en Cell.

"Descubrimos este aspecto interesante del ADN desde el punto de vista de la física: que su secuencia determina la flexibilidad y por lo tanto la estabilidad del paquete de ADN dentro de la célula", explica el profesor de Física Taekjip Ha, que es miembro del Instituto Woese R. Carl de Biología Genómica de la universidad, en la información de ésta. "Esto es en realidad física del ADN muy elemental. Mucha gente pensaba que deberíamos haber sabido esto hace muchas décadas, pero todavía hay sorpresas en la física del ADN".

El ADN está empaquetado en cromosomas, que se asemejan a pulseras de cuentas. La cadena de ADN se enrolla alrededor de granos, llamados histonas, para crear nucleosomas. Estos nucleosomas se trenzan juntos en cadenas de cuentas que están intrincadamente entretejidos en los cromosomas.

Los científicos sabían que el ADN podría desenrrollarse del nucleosoma, pero se asumía que los dos extremos eran simétricos, lo que significaba que desenrollar el ADN sería como desatar un zapato. Los investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign han descubierto que el ADN es en realidad muy asimétrico, como la cadena que envuelve un yoyo. Tirar de un extremo del ADN simplemente apretará la bobina, mientras que tirar del otro lo desenrolla como un yoyó.

La física de este empaquetamiento del nucleosoma está determinada por la secuencia del ADN, que hace que la cadena de ADN sea lo suficientemente flexible para satisfacer dos principios conflictivos: tiene que ser lo suficientemente estable como para compactar el ADN, pero lo suficientemente dinámica para que la hebra pueda desenrollarse y leída para producir proteínas.

"Hay muchos buenos estudios que demuestran que cambiar la secuencia del gen afectará otras cosas. Se podrían crear diferentes proteínas, por ejemplo", recuerda Ha. "Pero nadie había pensado realmente en que los cambios en la secuencia tuvieran un efecto sobre la física del ADN, que a su vez provocan cambios en la biología."

Asimetría

La investigación de Ja ha demostrado que es más fácil para la maquinaria de fabricación de proteínas de la célula leer desde el extremo "débil" del nucleosoma, el que se desenrolla con mayor facilidad. Creen que las mutaciones genéticas relacionadas con las enfermedades, como el cáncer, alteran la estabilidad del nucleosoma.

"Esto podría tener un gran impacto en cómo se lee la información y cómo se producen las diferentes proteínas", piensa Ha. "Por ejemplo, puede que las proteínas que combaten el cáncer y las proteínas causantes del cáncer se fabriquen de manera diferente en función de los cambios en la flexibilidad y la estabilidad del ADN causados por mutaciones."

El científico Ha planea utilizar secuenciación de última generación para determinar la flexibilidad de un genoma completo. Tiene la esperanza de crear el primer mapa de las propiedades físicas de todo el genoma. También quiere saber si las mutaciones pueden hacer que el ADN sea más fácil o más difícil de leer.

Referencia bibliográfica:

Thuy T.M. Ngo, Qiucen Zhang, Ruobo Zhou, Jaya G. Yodh, Taekjip Ha: Asymmetric Unwrapping of Nucleosomes under Tension Directed by DNA Local Flexibility. Cell (2015). DOI: 10.1016/j.cell.2015.02.001