Imagínate esto: tomas una caja de horquillas, las sujetas a las puntas de tu cabello y te sientas frente a un espejo. Durante los siguientes minutos, observas cómo estas horquillas tejen mágicamente tu cabello en un recogido espectacular. No son horquillas comunes: tienen pequeños motores que impulsan tu cabello formando bucles y patrones elegantes. Pueden deslizarse por los mechones, intercambiarse con otras horquillas o combinarse para agregar más cabello al peinado. ¿Suena imposible, verdad? Pues adivina qué: ¡tu cuerpo hace algo aún más genial cada día con tu ADN!
Dentro de cada una de tus 37,2 billones de células, diminutas «horquillas» moleculares trabajan arduamente para organizar tu ADN, el manual de instrucciones para la vida. Si estiraras todo el ADN de una célula, mediría unos 1,8 metros de largo. ¡Ahora imagina meter eso en un espacio más pequeño que un grano de arena! Es como intentar meter 38 kilómetros de hilo superfino en una pelota de tenis. Tus células mantienen las secciones importantes de ADN fácilmente accesibles, mientras almacenan las partes menos necesarias en paquetes súper compactos. Cuando una célula se divide, el ADN se copia y se divide perfectamente, sin enredos ni roturas, con pura precisión.
Entonces, ¿cómo sucede esta magia?
Las proteínas llamadas condensinas y cohesinas actúan como horquillas. Estas proteínas tienen una bisagra en un extremo y funcionan como pequeños estilistas, agarrando diferentes partes del ADN y uniéndolas para formar bucles, o incluso bucles dentro de bucles. Esto crea una estructura ordenada y organizada que mantiene el ADN compacto, pero listo para la acción.
Las «horquillas del ADN», cohesinas y condensinas, tienen funciones distintas y se utilizan en diferentes puntos del ciclo celular. Las cohesinas funcionan cuando la célula necesita acceder fácilmente a muchas regiones del cromosoma (interfase), mientras que las condensinas funcionan específicamente durante la mitosis, cuando los cromosomas están muy compactados y la actividad transcripcional está restringida. Las cohesinas tienen un espacio visible al microscopio electrónico donde una sola hebra de ADN podría quedar atrapada, mientras que las condensinas no. Las condensinas tienen al menos dos sitios de unión al ADN: uno que ancla la condensina a una región de ADN y el otro que permite la extrusión (aumentando su tamaño mediante bombeo) de un bucle de ADN. Aquí hay una cita de un estudio sorprendente donde realmente visualizaron el bombeo de las cadenas de ADN por el complejo de condensina:
Nuestras películas bicolor de condensina y ADN, en tiempo real, de una sola molécula revelan que los bucles son extruidos por un único complejo de condensina en el tallo del bucle de una manera dependiente de la hidrólisis de ATP, estrictamente asimétrica y altamente sensible a las fuerzas aplicadas al ADN. Estas propiedades se pueden explicar mediante un modelo donde la condensina establece un contacto estable con el ADN en un sitio de unión y luego enrolla el ADN desde un solo lado.
Ganji et al. 2018
Una imagen completa sigue siendo difícil de conseguir
Aunque se han propuesto modelos, aún no se conoce con certeza el funcionamiento completo de estas proteínas moleculares similares a horquillas, ya que la mayoría de las investigaciones actuales requieren separarlas de su entorno celular nativo, lo cual podría afectar su función. Los científicos prevén que futuros estudios sobre estos sofisticados mecanismos de organización del ADN perfeccionarán incluso los modelos actuales.
Como biólogo, me fascina la perfecta organización de los cromosomas. En la vida cotidiana, mantener desenredados objetos como el hilo de una cometa, la lana o las cuerdas es una lucha, especialmente si están en constante movimiento. Sin embargo, el ADN, un delicado hilo químico, permanece perfectamente desenredado y organizado en el espacio tridimensional dentro de nuestras células. Es difícil imaginar un sistema más extraordinario, ingeniosamente diseñado para mantenerse organizado con facilidad.
References
- Ganji, Mahipal, Indra A. Shaltiel, Shveta Bisht, Eugene Kim, Ana Kalichava, Christian H. Haering, y Cees Dekker. 2018. «Real-Time Imaging of DNA Loop Extrusion by Condensin [Imágenes en tiempo real de la extrusión de bucles de ADN por condensina]. Science (New York, N.Y.) 360 (6384): 102–5.
Artículo publicado originalmente en inglés por Emily Reeves en Science and Culture Today
Crédito de la imagen destacada: Dobromila, CC BY-SA 4.0
