Un ADN cada vez menos ‘basura’


Una investigación del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha diseñado un mapa global de las zonas reguladoras del genoma del pez cebra (Dario rerio) durante cuatro fases diferentes de su desarrollo embrionario. El trabajo, publicado en el último número de la revista Genome Research, describe la evolución de su actividad a lo largo del proceso.

Aproximadamente, sólo el 5% del ADN de los vertebrados es codificante, es decir, esa parte es capaz de generar el ARN necesario para la síntesis de proteínas. El 95% restante es ADN no codificante, considerado hasta hace poco como ADN basura, debido a su falta de implicación en la síntesis de proteínas. Sin embargo cada vez más investigaciones descubren nuevas propiedades y funciones de esta parte del genoma.
Entre esas funciones, el ADN no codificante posee ciertas regiones reguladoras que controlan cuánto, cuándo y dónde debe generarse el ARN. El trabajo del CSIC ha determinado que existe un “gran dinamismo en la actividad de dichas regiones a lo largo del proceso de desarrollo embrionario”.

En las etapas más tempranas del desarrollo, cuando las células se encuentran en estado pluripotencial –a partir de ellas puede generarse cualquier tipo de célula del organismo, lo que en mamíferos se conoce como célula madre– el ADN no codificante presenta activas unas determinadas regiones encargadas de ejecutar el mantenimiento del estado pluripotencial.
Posteriormente, cuando se abandona el estado pluripotencial y cada célula se diferencia para generar las distintas estructuras del embrión, las regiones reguladoras de la fase anterior se desconectan. En este momento, se activan otras regiones diferentes en un número 10 veces superior al anterior. Estas regiones reguladoras están encargadas de controlar la actividad de los genes implicados en la formación de los distintos órganos y tejidos.

En la parte superior se muestra un diagrama de enriquecimiento de sitios de unión de diferentes factores de transcripción en las regiones reguladoras identificadas. En la parte inferior, peces transgénicos en los que dos de las regiones reguladoras identificadas activan la expresión de la proteína verde fluorescente en diferentes regiones en embrión. /Ozren Bogdanović

Otro de los hallazgos revela que las regiones reguladoras mejor conservadas evolutivamente son las que se activan justo antes del momento del desarrollo en el que se observa una mayor similitud en la morfología de todos los embriones de vertebrados. El investigador del Centro Andaluz de Biología del Desarrollo (centro mixto del CSIC y la Universidad Pablo Olavide) José Luis Gómez-Skarmeta, explica: “Esto indica que esas regiones son necesarias para activar los genes responsables de producir el diseño corporal común a todos los vertebrados”.

El investigador del CSIC concluye que “los estudios de las diferentes regiones reguladoras identificadas serán de gran utilidad para entender los procesos de diferenciación de células pluripotenciales, lo que tendrá importantes aplicaciones para derivar células madre a diferentes órganos y tejidos”.

El trabajo ha contado con la colaboración de investigadores de la Universidad de Nijmegen (Holanda).

http://www.csic.es

  • Ozren Bogdanović, Ana Fernández-Minan, Juan J Tena, Elisa de la Calle-Mustienes, Carmen Hidalgo, Ila van Kruysbergen, Simon J van Heeringen, Gert Jan C. Veenstra and Jose Luis Gómez-Skarmeta. Dynamics of enhancer chromatin signatures mark the transition from pluripotency to cell specification during embryogenesis. Genome Research. DOI: 10.1101/gr.134833.111

Nota de prensa (113 kb) [Descargar]

Imagen 1 (660 kb) [Descargar]

El ácido desoxirribonucleico, frecuentemente abreviado como ADN (y también DNA, del inglés deoxyribonucleic acid), es un tipo de ácido nucleico, una macromolécula que forma parte de todas las células. Contiene la información genética usada en el desarrollo y el funcionamiento de los organismos vivos conocidos y de algunos virus, y es responsable de su transmisión hereditaria.
Desde el punto de vista químico, el ADN es un polímero de nucleótidos, es decir, un polinucleótido. Un polímero es un compuesto formado por muchas unidades simples conectadas entre sí, como si fuera un largo tren formado por vagones. En el ADN, cada vagón es un nucleótido, y cada nucleótido, a su vez, está formado por un azúcar (la desoxirribosa), una base nitrogenada (que puede ser adenina→A, timina→T, citosina→C o guanina→G) y un grupo fosfato que actúa como enganche de cada vagón con el siguiente. Lo que distingue a un vagón (nucleótido) de otro es, entonces, la base nitrogenada, y por ello la secuencia del ADN se especifica nombrando sólo la secuencia de sus bases. La disposición secuencial de estas cuatro bases a lo largo de la cadena (el ordenamiento de los cuatro tipos de vagones a lo largo de todo el tren) es la que codifica la información genética: por ejemplo, una secuencia de ADN puede ser ATGCTAGATCGC… En los organismos vivos, el ADN se presenta como una doble cadena de nucleótidos, en la que las dos hebras están unidas entre sí por unas conexiones denominadas puentes de hidrógeno.
Para que la información que contiene el ADN pueda ser utilizada por la maquinaria celular, debe copiarse en primer lugar en unos trenes de nucleótidos, más cortos y con unas unidades diferentes, llamados ARN. Las moléculas de ARN se copian exactamente del ADN mediante un proceso denominado transcripción. Una vez procesadas en el núcleo celular, las moléculas de ARN pueden salir al citoplasma para su utilización posterior. La información contenida en el ARN se interpreta usando el código genético, que especifica la secuencia de los aminoácidos de las proteínas, según una correspondencia de un triplete de nucleótidos (codón) para cada aminoácido. Esto es, la información genética (esencialmente: qué proteínas se van a producir en cada momento del ciclo de vida de una célula) se halla codificada en las secuencias de nucleótidos del ADN y debe traducirse para poder funcionar. Tal traducción se realiza usando el código genético a modo de diccionario. El diccionario “secuencia de nucleótido-secuencia de aminoácidos” permite el ensamblado de largas cadenas de aminoácidos (las proteínas) en el citoplasma de la célula. Por ejemplo, en el caso de la secuencia de ADN indicada antes (ATGCTAGATCGC…), la ARN polimerasa utilizaría como molde la cadena complementaria de dicha secuencia de ADN (que sería TAC-GAT-CTA-GCG-…) para transcribir una molécula de ARNm que se leería AUG-CUA-GAU-CGC-… ; el ARNm resultante, utilizando el código genético, se traduciría como la secuencia de aminoácidos metionina-leucina-ácido aspártico-arginina-…
Las secuencias de ADN que constituyen la unidad fundamental, física y funcional de la herencia se denominan genes. Cada gen contiene una parte que se transcribe a ARN y otra que se encarga de definir cuándo y dónde deben expresarse. La información contenida en los genes (genética) se emplea para generar ARN y proteínas, que son los componentes básicos de las células, los “ladrillos” que se utilizan para la construcción de los orgánulos u organelos celulares, entre otras funciones.
Dentro de las células, el ADN está organizado en estructuras llamadas cromosomas que, durante el ciclo celular, se duplican antes de que la célula se divida. Los organismos eucariotas (por ejemplo, animales, plantas, y hongos) almacenan la mayor parte de su ADN dentro del núcleo celular y una mínima parte en elementos celulares llamados mitocondrias, y en los plastos y los centros organizadores de microtúbulos o centríolos, en caso de tenerlos; los organismos procariotas (bacterias y arqueas) lo almacenan en el citoplasma de la célula, y, por último, los virus ADN lo hacen en el interior de la cápsida de naturaleza proteica. Existen multitud de proteínas, como por ejemplo las histonas y los factores de transcripción, que se unen al ADN dotándolo de una estructura tridimensional determinada y regulando su expresión. Los factores de transcripción reconocen secuencias reguladoras del ADN y especifican la pauta de transcripción de los genes. El material genético completo de una dotación cromosómica se denomina genoma y, con pequeñas variaciones, es característico de cada especie.

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