Roturas en el genoma

Cromosomas teñidos con colorantes fluorescentes bajo el microscopio. Si bien todo el ADN se tiñe de azul, una secuencia específica teñida de rosa aparece duplicada en una de las dos copias del cromosoma 17, pero no en la otra. Esta parte fue duplicada e insertada en otra parte del mismo cromosoma, lo que conduce a la enfermedad. Crédito: MPIMG/ Uir Souto Melo

Las rupturas y los reordenamientos en el genoma pueden conducir a enfermedades graves, incluso si todos los genes permanecen intactos. Hi-C, un método para mapear la estructura tridimensional de los cromosomas, promete diagnósticos más confiables y precisos de tales defectos, pero aún no se usa en la clínica. Un equipo de investigadores del Instituto Max Planck de Genética Molecular y CharitUniversittsmedizin Berlin, dirigido por los genetistas humanos Malte Spielmann y Stefan Mundlos, analizó muestras clínicas de pacientes con trastornos genéticos del desarrollo con el método Hi-C.

Ya, una mutación en el genoma puede tener consecuencias graves. Sin embargo, la pérdida de grandes secciones del genoma o su reubicación en nuevas posiciones también puede tener efectos dramáticos. A menudo, las células con tales defectos ni siquiera son viables, ya que la pérdida o el cambio de genes conduce a la pérdida de funciones importantes.

Incluso si todos los genes permanecen intactos después de una ruptura cromosómica, pueden ocurrir problemas graves. Los segmentos de ADN responsables del control de otros genes pueden llegar al lugar equivocado, activando genes en el momento o lugar equivocados. En consecuencia, pueden surgir cáncer, enfermedades neurodegenerativas o trastornos del desarrollo.

Examen de los bucles del genoma

A pesar del gran progreso en las pruebas genéticas, la identificación de las causas genéticas de tales enfermedades sigue siendo difícil. «En aproximadamente la mitad de los casos no es posible un diagnóstico genético, lo que deja al paciente con la incertidumbre del origen del problema», dice Stefan Mundlos del Instituto Max Planck de Genética Molecular y Charit Universittsmedizin Berlin. «En algunos casos, ni siquiera la secuenciación del genoma completo ayuda».

Como describe el equipo dirigido por los genetistas humanos Stefan Mundlos y Malte Spielmann en la edición actual del American Journal of Human Genetics, un método de la investigación básica podría mejorar considerablemente el diagnóstico clínico en algún momento en el futuro. Los investigadores aplicaron un método llamado «Hi-C» (captura de conformación cromosómica de alto rendimiento) a muestras de pacientes con trastornos del desarrollo que se sospecha que son causados por reordenamientos cromosómicos. El análisis Hi-C muestra qué partes del genoma se acercan entre sí en el núcleo celular. Los reordenamientos cromosómicos pueden alterar estos patrones de interacción y, por lo tanto, pueden verse en el análisis.

El equipo examinó muestras clínicas de sangre, piel y líquido amniótico de nueve pacientes con roturas cromosómicas pero sin daño en genes conocidos. «Preguntamos, ¿podemos usar Hi-C para reproducir los hallazgos clínicos o incluso podemos ver más?» dice Spielmann, quien dirigió el estudio junto con Mundlos. «De hecho, los resultados fueron mucho más complejos de lo que esperábamos».

Un par de cromosomas teñidos bajo el microscopio. El cromosoma de la derecha adquirió una pieza adicional mediante la duplicación de una sección de ADN, que es evidente por la banda adicional (flecha). Crédito: MPIMG/ Uir Souto Melo

Hi-C desenreda cromosomas muy desorganizados

El análisis clásico de los defectos cromosómicos se realiza mediante un cariograma, que es una vista microscópica de los cromosomas teñidos. Otro método, llamado hibridación genómica comparativa, funciona con fragmentos de ADN fluorescentes y muestra lagunas y duplicaciones en el genoma con mayor precisión. Sin embargo, ambos métodos son relativamente toscos. «Es visible cuando algo está mal en una escala gruesa, pero es difícil decir exactamente qué está mal», dice Uir Souto Melo. Él, junto con Rocío Acuña-Hidalgo y Robert Schpflin, son los primeros autores de esta publicación.

Es importante no solo ver dónde están las rupturas en el genoma, sino también qué partes de la molécula de ADN están en estrecho contacto entre sí en el núcleo celular, explica el científico. «El ADN no se empaqueta al azar en el núcleo», explica Melo. «En cambio, el ADN está increíblemente bien organizado con múltiples niveles de organización y territorios altamente definidos, aunque a primera vista no lo parezca». Hasta ahora, el método Hi-C es la única forma de mapear con precisión los numerosos bucles y bucles de ADN en todo el genoma.

Bucles y triángulos

Melo realizó Hi-C en el las células del paciente tratándolas con sustancias químicas que unen de forma permanente segmentos de ADN vecinos entre sí primero, luego fragmentan el genoma y finalmente secuencian las piezas pequeñas. Los fragmentos que originalmente estaban cerca en el núcleo celular aparecen juntos en la secuenciación posterior.

Después del análisis bioinformático, la frecuencia de los contactos se hace visible en los llamados mapas de calor, en los que la intensidad del color de cada punto representa con qué frecuencia se tocaron dos regiones genómicas en la muestra. «Las partes del genoma con contactos intensos dentro de la región y cierto aislamiento hacia las regiones vecinas aparecen como formas triangulares características en el mapa de calor», dice el bioinformático Robert Schpflin. «Tales regiones forman grandes bucles dentro del ADN, que juegan un papel importante en la organización funcional de genes y secuencias reguladoras». Las regiones se denominan «dominios asociados topológicamente» (TAD); representan regiones de alta interacción en el espacio tridimensional.

Un mapa de frecuencias de contacto en una sección del genoma. La intensidad del color de cada punto representa la frecuencia de contacto entre dos ubicaciones del genoma. Los contactos especialmente frecuentes son visibles en dos regiones genómicas más grandes, que aparecen como triángulos grandes y distintos con un fuerte límite entre ellos. Crédito: Uir Souto Melo /MPIMG

La importancia de los límites

Las rupturas cromosómicas a menudo conducen a la interrupción de los dominios de cromatina, a veces con efectos graves. «Imagínese estos dominios como cámaras en un tanque de vidrio con aceite, agua y sal en las cámaras individuales», dice Melo. «Cuando se rompe el límite entre ellos, los contenidos se mezclan y la composición de cada cámara obviamente cambia».

Del mismo modo, sin los límites TAD, las funciones de control de un dominio se transfieren a otro, como secuencias reguladoras de un ADN. bucle afectan a los genes en un bucle del que no son responsables. Esto puede conducir a una activación aberrante de genes por parte de reguladores incorrectos. “Cuando se elimina un límite que separa dos dominios o si se intercambia el contenido de dos dominios, un gen que normalmente está activo en la extremidad en desarrollo puede activarse, por ejemplo, en el cerebro”, dice el científico.

En las muestras clínicas examinadas, el equipo no solo pudo confirmar los hallazgos existentes y especificar el efecto de los bucles TAD organizados incorrectamente. Incluso encontraron algunas rupturas adicionales que habían sido pasadas por alto por los diagnósticos clásicos.

El camino a la clínica

«Poder usar Hi-C en la clínica mañana sería un sueño ”, dice Melo. «Pero desafortunadamente, todavía no es posible». El método sigue siendo demasiado costoso y complicado para las pruebas de rutina. Sin embargo, el científico ve mucho potencial de optimización en el método relativamente nuevo. Se podría automatizar mucho trabajo de laboratorio, se podrían mejorar los algoritmos y es posible reducir la secuenciación, dice el investigador. «En este momento, tenemos que acercarnos a nuestros colegas en genética humana y medicina en todo el mundo para convertir esta técnica de laboratorio en un método de diagnóstico real».

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Nuevo método revela dónde el ADN está en riesgo en la célula Más información: Uir Souto Melo et al. Hi-C identifica reordenamientos genómicos complejos y TAD-Shuffling en enfermedades del desarrollo, The American Journal of Human Genetics (2020). DOI: 10.1016/j.ajhg.2020.04.016 Información de la revista: American Journal of Human Genetics

Proporcionado por la Sociedad Max Planck Cita: rupturas en el genoma (2020 , 24 de julio) recuperado el 31 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2020-07-genome.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.