Es posible que haya escuchado que todo el ADN de su cuerpo, si se estira, podría llegar al Sol y retroceder más de 70 veces. Lo que es aún más sorprendente es que todo este ADN ocupa solo una pequeña fracción del espacio dentro de su cuerpo, está empaquetado dentro del pequeño núcleo de cada célula. Además, el ADN no está simplemente empaquetado y sentado sin hacer nada; más bien, es una molécula dinámica que participa en varios procesos activos, incluida la expresión génica y la división celular. En las últimas semanas se han publicado tres nuevos artículos científicos que revelan exquisitos patrones de diseño en el ADN y el núcleo en el que se aloja.

Apagando un cromosoma

El genoma humano está organizado en 23 pares de cromosomas. La mayoría de los pares tienen una longitud similar, pero en el último par 23, el primer cromosoma, designado X, es mucho más largo que el segundo cromosoma, designado Y. Esa no es la única característica única del par 23. Estos llamados cromosomas sexuales difieren entre los géneros. Mientras que los hombres tienen un cromosoma X e Y, las mujeres tienen dos cromosomas X. Como para evitar una dosis doble de genes del cromosoma X, las hembras inactivan uno de sus dos cromosomas X durante el desarrollo embrionario. En cuanto a cuál de los dos cromosomas X está inactivo, esto parece hacerse al azar en cada célula. Esto significa que las hembras, a diferencia de los machos, tienen dos genomas funcionales diferentes que operan en sus cuerpos, lo que da un giro fascinante a la genética femenina. Es decir, en algunas células de la mujer, el primer cromosoma X está activo, mientras que en el resto de las células está activo el otro cromosoma X. Un ejemplo clásico es el colorido gato calicó cuyos dos cromosomas X codifican dos colores diferentes.

No se ha entendido bien exactamente cómo el embrión femenino en desarrollo inactiva uno de los cromosomas X. Lo que ha quedado claro es que la historia involucra una región en el cromosoma X mismo, e información en esa región que codifica una molécula de ARN larga, conocida como Xist. El nombre Xist significa transcripción específica X-inactiva, una referencia directa a su función de inactivación del cromosoma X. Pero una región genética que, en última instancia, provoca la inactivación de todo el cromosoma, debe manejarse con mucho cuidado. Está presente en todos los cromosomas X, pero no provoca la inactivación del cromosoma X masculino ni de uno de los dos cromosomas X femeninos. Es importante destacar que provoca la inactivación solo del otro cromosoma X femenino.

Además del hecho de que Xist debe controlarse con mucho cuidado, una nueva investigación1 está arrojando luz sobre cómo esta única molécula puede producir un resultado tan significativo. Si bien parecía que se debía requerir una gran cantidad de moléculas Xist para inactivar el cromosoma X mucho más grande, los investigadores estudiaron las células madre embrionarias de ratón y encontraron que solo se requieren alrededor de cien Xist. Los Xist, que operan en parejas, reclutan una gran cantidad de proteínas. El resultado son unos 50 complejos, cada uno de los cuales consta de dos Xist y un ejército de proteínas, espaciados a lo largo del cromosoma X. Algunas de las proteínas retuercen y condensan el cromosoma en general, comprimiéndolo de modo que la mayoría de los genes estén cerca de uno de los 50 complejos. Otras proteínas actúan para silenciar esos genes cercanos, por lo que esencialmente inactivan todo el cromosoma X. Obviamente, hay muchos pasos importantes y coordinados en este proceso de inactivación, lo que permite que un pequeño número de Xist gestione este gran trabajo. Como comentó el autor principal del artículo, «Nos sorprendió un poco que, desde tan solo 50 sitios, Xist logra silenciar mil genes»2.

Estructuras tridimensionales en el núcleo

La inactivación del cromosoma X no es la única función que realizan las moléculas de ARN en el núcleo. También, por ejemplo, ayudan a mantener la estructura tridimensional general de las diversas macromoléculas en el núcleo, incluido el ADN. Esto es importante porque, de lo contrario, en el núcleo abarrotado, las moléculas pueden unirse químicamente o unirse entre sí de forma inadvertida. La reticulación del ADN, por ejemplo, puede resultar de las toxinas ambientales y la radiación. Tal reticulación, ya sea entre ADN u otras moléculas, puede causar la muerte celular y es el objetivo de algunas quimioterapias. Pero la reticulación también está demostrando ser una valiosa herramienta de investigación. Como informa otro nuevo artículo, la reticulación3 ahora se está utilizando, junto con varios otros pasos complicados, para trazar la estructura tridimensional del ADN, varios ARN y muchas proteínas dentro del núcleo. En pocas palabras, la idea general es unir moléculas que están muy próximas. Luego, la célula se divide en grupos de moléculas unidas que se pueden identificar y trazar para reconstruir las estructuras dentro del núcleo.

Los investigadores encontraron que ciertas moléculas de ARN sirven para reclutar y organizar otras moléculas de ARN y proteínas. Esas moléculas de ARN y proteínas reclutadas, que de otro modo se moverían aleatoriamente, desempeñan funciones reguladoras importantes en el acceso y el procesamiento de la información genética del ADN. Los investigadores también encontraron que varios territorios de alta concentración se forman dentro del núcleo, donde estas moléculas se agrupan y funcionan. Como explica el artículo, las moléculas de ARN organizadoras «reclutan reguladores de proteínas y ARN difusibles en estructuras 3D precisas». Lo que estamos viendo es una imagen mucho más detallada, elegante y precisa del núcleo de lo que los libros de texto hayan imaginado jamás.

Una proteína muy especial

El problema de organizar y mantener las estructuras moleculares dentro del núcleo se vuelve aún más intrigante cuando se considera la división celular. Cuando una célula se divide, produciendo dos células hijas, la estructura del núcleo 3D precisa discutida anteriormente debe restablecerse de alguna manera en las nuevas células. Se sabe que ciertas proteínas son importantes en este proceso, y otro nuevo estudio4 ahora ha identificado una sola proteína que es particularmente importante en este proceso de división celular. La proteína, llamada lamina C, es, según el artículo, «únicamente necesaria para la organización cromosómica a gran escala» y «organización global del genoma 3D» en las células hijas.

Durante el proceso, la lamina C se fosforila, lo que significa que un grupo fosforilo está unido por proteínas especiales. El grupo fosforilo se elimina cuando la lamina C termina con su trabajo, que es solo una parte de un proceso más grande y complejo. Como explicó el investigador principal, “existe esta exquisita coreografía de las diferentes proteínas laminares y el ADN para que las cosas salgan como deben ser”5.

Más allá de esta exquisita coreografía, el papel crucial de lamin C destaca otro sello distintivo del diseño; es decir, la teleología implícita cuando una parte es necesaria para su propia producción. Porque la lamina C, una proteína, se produce por síntesis de proteínas celulares. Ese es un proceso que comienza con el genoma en el núcleo, que es mantenido por la lámina C. En otras palabras, la lámina C es necesaria para la producción de la lámina C.

Estos tres estudios de las estructuras dentro del núcleo de la célula continúan revelando un mundo natural que brinda evidencia de diseño de muchas formas diferentes.

Referencias

Crédito de la imagen: Miroslaw Miras, vía Pixabay.

Artículo publicado originalmente en inglés por Evolution News & Science Today