Hace ciento cincuenta años, Dmitry Mendeleev creó la tabla periódica, un sistema para clasificar los átomos en función de las propiedades de sus núcleos. Esta semana, un equipo de biólogos que estudia el árbol de la vida dio a conocer un nuevo sistema de clasificación de núcleos celulares y descubrió un método para transmutar un tipo de núcleo celular en otro.

El estudio, que aparece esta semana en la revista La ciencia, surgió de varios esfuerzos anteriormente separados. Uno de ellos se centró en el Zoológico de ADN, un consorcio internacional que abarca decenas de instituciones, incluida la Facultad de Medicina de Baylor, el Centro de Física Teórica y Biológica (CTBP) con el apoyo de la Fundación Nacional de Ciencias de la Universidad. Rice, la Universidad de Australia Occidental y Mundo Marino.

Los científicos del equipo de DNA Zoo trabajaron juntos para clasificar cómo los cromosomas, que pueden tener varios pies de largo, se pliegan para encajar dentro de los núcleos de diferentes especies en el árbol de la vida.

«Ya sea que estemos viendo gusanos o erizos de mar, ascidias o corales, seguimos viendo aparecer los mismos patrones de plegado», dijo la Dra. Olga Dudchenko, co-primera autora del nuevo estudio y miembro del Centro de Genoma. Arquitectura en Baylor y CTBP.

Finalmente, el equipo se dio cuenta de que solo veían variaciones en dos diseños nucleares generales. «En algunas especies, los cromosomas están organizados como las páginas de un periódico impreso, con los márgenes exteriores en un lado y el medio doblado en el otro», dijo Dudchenko, quien también es codirector de DNA Zoo. «Y luego, en otras especies, cada cromosoma se arruga en una pequeña bola».

«Así que tuvimos un enigma», dijo el Dr. Erez Lieberman Aiden, profesor asociado de biología molecular y genética humana y Baylor McNair Fellow Emeritus, codirector de DNA Zoo y autor principal del nuevo estudio. “Los datos implican que durante la evolución, las especies pueden cambiar de un tipo a otro. Nos preguntamos: ¿cuál es el mecanismo de control? ¿Sería posible cambiar un tipo de núcleo a otro en el laboratorio? Aiden también es Director del Centro de Arquitectura del Genoma e Investigador Principal de CTBP.

Mientras tanto, un equipo independiente de Holanda había descubierto algo inesperado. «Estaba haciendo experimentos con una proteína llamada condensina II, que sabíamos que juega un papel en la división celular», dijo Claire Hoencamp, coautora primera del estudio y miembro del laboratorio del Dr. Benjamin Rowland en Netherlands Cancer. Instituto. “Pero observamos lo más extraño: cuando mutamos la proteína en las células humanas, los cromosomas se reorganizaron por completo. ¡Fué confuso!

Los dos equipos se reunieron en una conferencia en las montañas de Austria, donde Rowland presentó el último trabajo de su laboratorio. Pronto se dieron cuenta de que Hoencamp había encontrado una forma de convertir células humanas de un tipo nuclear a otro.

«Cuando observamos los genomas estudiados en DNA Zoo, descubrimos que la evolución ya se había experimentado muchas veces. Cuando las mutaciones en una especie descomponen la condensina II, por lo general anulan toda la arquitectura del núcleo», dijo Rowland. , autor principal del estudio. «Siempre es un poco decepcionante ser elegido en un experimento, pero la evolución tuvo una ventaja muy larga».

El equipo decidió trabajar en conjunto para confirmar el papel de Condensin II. Pero luego la pandemia de COVID-19 golpeó y gran parte del mundo cerró sus puertas.

«Sin acceso a nuestros laboratorios, solo teníamos una forma de establecer lo que estaba haciendo Condensin II», dijo Hoencamp. «Necesitábamos crear un programa de computadora que pudiera simular los efectos de la Condensina II en la cadena de cientos de millones de letras genéticas que componen cada cromosoma humano».

El equipo se dirigió al Dr. José Onuchic, presidente Harry C. de Física y Olga K. Wiess de Rice. «Nuestras simulaciones mostraron que al destruir la Condensina II, se podría hacer que un núcleo humano se reorganice para parecerse a un núcleo de mosca», dijo Onuchic, codirector de CTBP, que incluye colaboradores de Rice, Baylor, Northeastern University y otras instituciones en Houston y Boston. . .

Las simulaciones fueron realizadas por un equipo dentro del laboratorio de Onuchic en CTBP, dirigido por el investigador postdoctoral y coautor principal, el Dr. Sumitabha Brahmachari, en colaboración con el Dr. Vinicius Contessoto, ex becario postdoctoral en CTBP, y la Dra. Michele Di Pierro, investigadora senior de CTBP. y actualmente profesor asistente en Northeastern University.

“Comenzamos con un estudio increíblemente grande de 2 mil millones de años de evolución nuclear”, dijo Brahmachari. “Y hemos descubierto que todo se reduce a un mecanismo simple, que podemos simular y resumir, por nuestra cuenta, en un tubo de ensayo. Este es un paso emocionante en el camino hacia un nuevo tipo de ingeniería del genoma, ¡en 3D! »