Descobreixen el perqué de las forma dels cromossomes.

Una noticia d'actualitat sobre biología i que té como orige Barcelona. La noticia está extreta de la UAB.

Investigadors de la UAB han determinat perquè els cromosomes metafàsics tenen la seva forma característica de cilindres allargats. Els resultats mostren que està relacionada amb la seva estructura auto-organitzada.

En un treball publicat a la revista multidisicplinar the Journal of the Royal Society Interface, investigadors de la UAB han donat solució a una pregunta fonamental de la biologia estructural: Per què tenen els cromosomes metafàsics la seva característica forma de cilindres allargats?

La solució proposada és coherent amb l'estructura de la cromatina metafàsica i amb les propietats nanomecàniques de la cromatina i dels cromosomes. La recerca se situa en la interfase entre la biologia (per l’estudi de l’estructura d'ordre superior de la cromatina) i les ciències físiques (per l’anàlisi de les estructures supramoleculars i nanomaterials). “Es tracta d’una aproximació que va més enllà de les capacitats de la biologia estructural actual basada en cristal·lografia de raigs-X, ja que permet l'estudi d’un complex supramolecular enorme que no es pot cristal·litzar”, afirma l’investigador de la Unitat de Biociències del Departament de Bioquímica i Biologia Molecular de la UAB, Joan-Ramon Daban, autor de l’estudi.

Al nucli cel·lular, les molècules de DNA genòmic s'associen amb proteïnes histones i formen llargs filaments de cromatina que contenen molts nucleosomes. Estudis previs de microscòpia realitzats per investigadors del Laboratori de Cromatina dirigits pel professor Daban van mostrar que, durant la divisió cel·lular, els filaments de cromatina es pleguen i formen estructures planes multilaminars. Aquest descobriment va portar al model de les plaques primes, en el qual es va proposar que els cromosomes condensats estan formats per moltes capes apilades de cromatina orientades perpendicularment respecte l'eix del cromosoma.

Els mesuraments realitzats ara pel professor Daban mostren que els cromosomes de diferents espècies d’animals i plantes presenten grans diferències de mida (que són dependents de la quantitat de DNA que contenen), però en tots els casos els cromosomes són cilindres allargats que tenen proporcions relativament similars (la longitud és al voltant de 13 vegades el diàmetre). Aquest estudi demostra que és possible explicar aquesta morfologia considerant que els cromosomes són estructures auto-organitzades, formades per capes apilades de cromatina plana, que tenen diferents energies d’interacció nucleosoma-nucleosoma en diferents regions. Els nucleosomes a la perifèria dels cromosoma estan menys estabilitzats per interaccions atractives amb altres nucleosomes i això genera un potencial de superfície que desestabilitza l'estructura. Els cromosomes són cilindres de perifèria llisa perquè aquesta morfologia té una energia de superfície inferior que les estructures que tenen superfícies irregulars. El trencament de simetria produït pels diferents valors de l’energia de superfície en els telòmers i la superfície lateral explica l'estructura allargada dels cromosomes.

Els resultats obtinguts per altres autors en estudis de nanomecànica de l’estirament de cromatina i cromosomes s'han utilitzat per validar l'estructura supramolecular proposada. S’ha pogut demostrar quantitativament que les interaccions internucleosomals entre capes de cromatina poden justificar el treball necessari per a l’estirament elàstic del cromosoma. Es pot considerar que els cromosomes són hidrogels amb una organització de cristall líquid lamel·lar. Aquests hidrogels tenen propietats elàstiques excepcionals perquè, a més dels enllaços covalents de l’esquelet del DNA, tenen interaccions iòniques atractives entre nucleosomes que es poden regenerar quan el cromosoma sofreix una deformació. Aquesta capacitat d'auto-reparació s'ha observat en estudis de nanotecnologia d'altres hidrogels estabilitzats per interaccions iòniques. A la cèl·lula, això pot ser útil per al manteniment de la integritat dels cromosomes durant la mitosi.

Publicació: Joan-Ramon Daban (2014) The energy components of stacked chromatin layers explain the morphology, dimensions, and mechanical properties of metaphase chromosomes. J. R. Soc. Interface 11: 20131043.http://dx.doi.org/10.1098/rsif.2013.1043