Los investigadores han descubierto cómo proteínas específicas dentro de los cromosomas de los gusanos redondos permiten que su descendencia produzca células especializadas generaciones más tarde, un hallazgo sorprendente que cambia el pensamiento clásico de que la información hereditaria para la diferenciación celular está arraigada principalmente en el ADN y otros factores genéticos.
El equipo de la Universidad Johns Hopkins informa por primera vez sobre los mecanismos por los cuales una proteína conocida como histona H3 controla cuándo y cómo los embriones de gusanos producen células altamente específicas y células pluripotentes, células que pueden activar y desactivar ciertos genes para producir diferentes tipos de cuerpos. tejido. Los detalles se publican hoy en Avances de la ciencia.
La nueva investigación podría arrojar luz sobre cómo las mutaciones asociadas con estas proteínas influyen en diversas enfermedades. En niños y adultos jóvenes, por ejemplo, la histona H3 está estrechamente relacionada con varios tipos de cáncer.
«Estas mutaciones son muy frecuentes en diferentes tipos de cáncer, por lo que comprender su papel normal en la regulación del destino celular y la diferenciación potencial de los tejidos puede ayudarnos a comprender por qué algunas de ellas son más frecuentes en ciertas enfermedades», dijo el autor principal Ryan J. Gleason, un estudiante postdoctoral. Fellow en biología en Johns Hopkins. «Las histonas que estamos analizando son algunas de las proteínas más mutadas en el cáncer y otras enfermedades».
Las histonas son los componentes básicos de la cromatina, el soporte estructural de los cromosomas dentro del núcleo de una célula. Mientras que la histona H3 es particularmente abundante en organismos multicelulares como plantas y animales, los organismos unicelulares están repletos de una variante casi idéntica de H3. Es por eso que los científicos creen que la diferencia en las proporciones de H3 y su variante contienen pistas cruciales en el misterio de por qué las células pluripotentes son tan versátiles durante el desarrollo temprano.
Los investigadores revelaron que a medida que C. elegans Los embriones de gusanos redondos crecieron, el aumento de los niveles de H3 en sus sistemas restringió el potencial o la «plasticidad» de sus células pluripotentes. Cuando el equipo cambió el genoma del gusano para reducir la cantidad de H3, prolongó con éxito la ventana de tiempo para la pluripotencia que normalmente se pierde en los embriones más viejos.
«A medida que las células se diferencian, comienza a expresarse cien veces más la histona H3 en ese período de tiempo, lo que coincide con la regulación específica del linaje», dijo Gleason. «Cuando se reduce la cantidad de H3 durante la embriogénesis, pudimos cambiar el camino normal del desarrollo para adoptar caminos alternativos de destino celular».
En las células pluripotentes, las histonas ayudan a activar y desactivar ciertos genes para comprometerse con tipos de células específicos, ya sean neuronas, músculos u otros tejidos. Altamente regulados por histonas, los genes actúan como una voz que les dice a las células cómo desarrollarse. Lo silencioso o ruidoso que sea un gen determina el destino de una célula.
Los nuevos hallazgos provienen de la técnica de edición de genes CRISPR, que ayudó al equipo a rastrear el papel que desempeñaron las dos histonas a medida que se desarrollaba la descendencia del gusano. CRISPR ha hecho que sea mucho más fácil para los científicos en la última década estudiar los aspectos prácticos del material genético cambiante y detectar lo que eso le hace a los rasgos de animales, plantas y microbios, dijo Gleason.
A pesar de C. elegans El gusano redondo brinda información más precisa sobre cómo evolucionan estas células pluripotentes, se necesita más investigación para concentrarse en cómo las histonas también podrían sustentar la embriogénesis en humanos y animales compuestos por cientos de tipos de células, dijo Xin Chen, profesor de biología y co-investigador de Johns Hopkins. .
«Aunque estamos usando este pequeño gusano para hacer estos descubrimientos, en realidad este hallazgo no debería ser específico de un animal», dijo Chen. «Es difícil imaginar que los hallazgos solo serán aplicables a una histona o un animal, pero, por supuesto, se necesita más investigación».
El equipo incluye a Yanrui Guo de Johns Hopkins, Christopher S. Semancik de la Universidad de Tufts, Cindy Ow de la Universidad de California en San Francisco y Gitanjali Lakshminarayanan del Instituto del Cáncer Dana-Farber.
La investigación cuenta con el apoyo de subvenciones NIGMS/NIH F32GM119347, NICHD/NIH K99HD09605, NIGMS/NIH R35GM127075 y un programa de becas para profesores e investigadores del Instituto Médico Howard Hughes.