El genoma dentro de cada una de nuestras células está modelado por tensión y torsión, debido en parte a la actividad de las proteínas que compactan, enrollan, envuelven y desenroscan el ADN, pero los científicos saben poco sobre cómo estas fuerzas afectan la transcripción genética.
“Siempre hay muchas fuerzas mecánicas en juego que nunca consideramos, de las que sabemos muy poco y de las que no se habla en los libros de texto”, dijo Laura Finzi, Ph.D. Miller, hijo ’69 y Sheila M. Miller es catedrático de Biofísica Médica en la Universidad de Clemson.
La transcripción es el proceso mediante el cual una célula produce una copia de ARN de un segmento de ADN. Un tipo de ARN, llamado ARN mensajero (ARNm), codifica información para producir proteínas necesarias para la estructura y función de una célula o tejido.
La ARN polimerasa (RNAP) es un tipo de proteína que sintetiza ARNm. Sigue procesivamente a lo largo del ADN de doble hélice, lo invierte para leer la secuencia del par de bases de una sola cadena y sintetiza un ARNm coincidente. Este tipo de “transcripción” de un gen comienza cuando RNAP se une a una secuencia de ADN “promotora” y termina en una secuencia “terminadora” donde se libera la copia de ARNm. La visión canónica de la terminación sostiene que después de expresar el ARNm, el RNAP se escinde del ADN.
Un equipo de investigadores dirigido por Finzi y entre ellos David Dunlap, profesor de investigación en el Departamento de Física y Astronomía de Clemson, ha demostrado, por primera vez, cómo la energía juega un papel en la opción de terminación canónica.
Al utilizar pinzas magnéticas para tirar de la ARNP polimerasa a lo largo de una plantilla de ADN, los investigadores pudieron demostrar que después de alcanzar un terminador, la ARN polimerasa bacteriana puede permanecer en la plantilla de ADN y deslizarse hacia atrás en la misma dirección que el inicio o avanzar hasta un promotor adyacente puede. Un ciclo posterior de transcripción. Por tanto, la dirección de la energía determina si un segmento de ADN puede replicarse varias veces o sólo una. Finzi y Dunlap informaron que este proceso de reciclaje dirigido por la fuerza puede alterar la abundancia relativa de genes adyacentes.
Además, descubrieron que la capacidad de deslizar la RNAP requiere que el dominio C-terminal de la subunidad alfa reconozca los promotores inversos al deslizamiento. Estas subunidades “le permiten mantener el rumbo, girar y agarrar la otra hebra de la doble hélice del ADN donde podría haber otro promotor”, dijo. De hecho, la eliminación de las subunidades alfa no se produjo en los promotores opuestos.
Una comprensión profunda de los mecanismos moleculares que regulan la actividad transcripcional en el genoma puede identificar opciones terapéuticas en las que se puede modificar la RNAP para reprimir proteínas específicas y prevenir enfermedades.
Finzi dijo que puede haber lugares en el genoma donde el reciclaje es más frecuente que otros, pero esto aún se desconoce.
“Mi esperanza es que algún día tengamos un mapa espacio-temporal de las fuerzas que actúan sobre el genoma en diferentes momentos durante el ciclo de vida de diferentes tipos de células. Nuestra investigación destaca el efecto de las fuerzas sobre la probabilidad de replicación repetitiva. Esto puede luego ayudar a predecir y trazar, una especie de mapa de calor, diferentes niveles de transcripción de diferentes genes”, dijo Finzi.