Nuestras células realizan una maravilla de la ingeniería cuando se trata de empaquetar información en espacios pequeños. Cada vez que una célula se divide, empaqueta la increíble cantidad de 4 metros de ADN en 46 paquetes diminutos, cada uno de los cuales tiene solo varias millonésimas de metro de longitud. Investigadores de EMBL Heidelberg y Julius-Maximilians-Universität Würzburg ahora han descubierto cómo una familia de proteínas motoras de ADN logra empaquetar hebras de ADN sueltas en cromosomas individuales compactos durante la división celular.
Los investigadores estudiaron la condensina, un complejo proteico crítico para el proceso de formación de cromosomas. Aunque este complejo fue descubierto hace más de tres décadas, su modo de acción permaneció en gran parte inexplorado. En 2018, investigadores del grupo Häring del EMBL Heidelberg y sus colaboradores demostraron que las moléculas de condensina crean bucles de ADN, lo que podría explicar cómo se forman los cromosomas. Sin embargo, el funcionamiento interno por el cual el complejo proteico logra esta hazaña seguía siendo desconocido.
«Hemos estado trabajando en este problema durante mucho tiempo. Pero solo ahora, al combinar diferentes enfoques experimentales, hemos encontrado una respuesta a esta pregunta de larga data», dijo Christian Häring, ex líder de grupo en EMBL Heidelberg y ahora profesor en la Julius-Maximilians-Universität Würzburg.
A través de experimentos meticulosamente diseñados, algunos de los cuales involucraron la observación y manipulación de moléculas de condensina individuales. tiempo estaban en el proceso de formar bucles de ADN, los investigadores descubrieron cómo diferentes partes del complejo actúan colectivamente como una máquina molecular: una parte mantiene estable el ADN, como un ancla, mientras que la otra actúa como un motor que mueve el ADN hacia adelante. creando así un bucle amplio.
Al igual que otras proteínas motoras, la condensina da «pasos» a lo largo del ADN, quemando energía celular en forma de ATP mientras lo hace. Sin embargo, estos pasos son más de 500 veces más largos que los pasos que toman otras proteínas motoras de ADN, aunque la cantidad de energía utilizada es aproximadamente la misma. «Es como un coche de carreras de fórmula uno con la eficiencia energética de una bicicleta eléctrica», dijo Indra Shaltiel, la primera autora del estudio.
«Los avances en las técnicas de microscopía crioelectrónica nos permitieron visualizar este mecanismo complejo con un detalle sin precedentes», dijo Sebastian Eustermann, líder de grupo en EMBL Heidelberg y autor principal del estudio publicado en Ciencias. «Pudimos capturar la condensina en acción y derivar una coreografía molecular de cómo el ATP alimenta su actividad motora, un paso clave para comprender la formación de bucles de ADN. Los bucles similares y las máquinas moleculares relacionadas están involucradas en diversos procesos genómicos, incluido el control de cómo los genes son encendido y apagado entre las divisiones celulares. En consecuencia, nuestros hallazgos pueden tener implicaciones aún más amplias».
Las condensas pertenecen a una de las familias de proteínas cromosómicas más antiguas desde el punto de vista evolutivo. El descubrimiento de este nuevo mecanismo abre un nuevo campo de estudio.
«Los miembros de la clase de proteínas motoras a las que pertenece la condensación son presumiblemente esenciales para toda la vida en la tierra», dijo Häring. «Es obvio que apenas estamos comenzando a comprender sus roles y cómo podrían verse afectados en las condiciones humanas».
Fuente de la historia:
Materiales proporcionado por Laboratorio Europeo de Biología Molecular. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
