Elementos repetitivos dan forma al paisaje de cromatina embrionaria

Los Retrotransposones Son Elementos Repetitivos Que Forman Casi La Mitad Del Genoma De Los Mamíferos. A Pesar De Que Son Tan Comunes, Anteriormente Se Consideraban Bastante Insignificantes. Junto Con Colegas De EE. UU., Científicos Del Helmholtz Zentrum München Ahora Han Demostrado En ‘Nature Genetics’ Que Los Retrotransposones Juegan Un Papel Importante En El Desarrollo Embrionario.

Los investigadores investigaron específicamente el papel de los llamados elementos LINE1 (L1), la familia de retrotransposones más abundante en los mamíferos.* los eventos que tienen lugar en el embrión temprano”, dice la Prof. Dra. María Elena Torres-Padilla, quien dirigió el estudio. Es directora del Instituto de Epigenética y Células Madre (IES) en Helmholtz Zentrum München y profesora de Biología de Células Madre en la Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU).

“Crítico para el desarrollo del embrión”

Al examinar la expresión de L1 en un modelo experimental, los investigadores observaron un pico cuando el embrión consta de solo 2 células, seguido de una disminución en la expresión cuando el embrión se adhiere al útero de la madre. Estas etapas son cruciales para un embarazo exitoso. Para comprender la importancia de los elementos L1, utilizaron factores de transcripción diseñados artificialmente (TALE, para efector similar a un activador de transcripción) para prevenir o promover la expresión de L1 en embriones. “Descubrimos que demasiada o muy poca expresión de L1 detenía el desarrollo”, explica la Dra. Joanna Jachowicz (IES), primera autora del artículo. “Esto significa que el momento preciso y el nivel de expresión de retrotransposones son fundamentales para el desarrollo del embrión”.

Inesperadamente, los científicos demostraron que el mecanismo detrás de esta regulación era independiente de la naturaleza codificante de la transcripción y de la retrotransposición, es decir, la capacidad de estos elementos para ‘saltar’ a otras partes del genoma. En cambio, los investigadores dirigieron su atención a la cromatina**. Utilizando su enfoque de ingeniería, los investigadores demostraron que la expresión de L1 hacía que la cromatina se abriera más, mientras que detener la expresión de L1 hacía que la cromatina se empaquetara más apretada.

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“Estos resultados identifican un papel novedoso para los retrotransposones en la configuración del ‘paisaje’ de cromatina necesario para el programa de desarrollo temprano”, explica Torres-Padilla. “Anteriormente se suponía que la activación de los retrotransposones era simplemente un efecto secundario de la remodelación de la cromatina que se producía después de la fecundación, un proceso denominado reprogramación epigenética. Nuestro estudio demuestra que los elementos L1 tienen un papel específico en la regulación de la accesibilidad de la cromatina que, a su vez, es necesaria para que se lleve a cabo el programa de desarrollo correcto. Este estudio es enormemente significativo en la asignación de un papel a una gran cantidad del genoma de los mamíferos en las etapas más tempranas de la vida”.

En el futuro, a los científicos les gustaría explorar más este proceso e investigar si otros elementos transponibles tienen funciones similares. “El objetivo general de nuestra investigación es comprender los procesos que ocurren en el embrión temprano”, añade Torres-Padilla. “Esta es una etapa de desarrollo muy fascinante porque todos los tipos de células del cuerpo surgirán de la única célula presente después de la fertilización”. Esto es particularmente relevante para el campo de la medicina regenerativa, cuyo objetivo es crear diferentes tipos de células y órganos en la placa de Petri para uso terapéutico.

Más información

* El término “retrotransposones” se refiere a una clase de secuencias de ADN transponibles que es estructuralmente muy similar a los retrovirus. Al igual que sus parientes, estos elementos pueden saltar a otras partes del genoma. El acrónimo LINE significa elementos nucleares intercalados largos. Los elementos L1 representan aproximadamente el 17 por ciento del material genético en humanos y hasta el 40 por ciento en otros mamíferos.

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** La cromatina es el material genético (ADN) junto con las proteínas que lo empaquetan y organizan. Después de la fertilización, la cromatina se reorganiza ampliamente, lo que es particularmente interesante porque la densidad con la que se empaqueta la cromatina determina si ciertos genes se pueden transcribir o no.

Antecedentes:
al identificar la activación de retrotransposones como un mecanismo potencial que permite la apertura de la cromatina, este trabajo abre vías para manipular la accesibilidad de la cromatina en el contexto de la reprogramación celular, dicen los investigadores. Recientemente, investigadores de células madre en Helmholtz Zentrum München demostraron que  los cambios dinámicos en un subtipo de expresión y localización de histonas (H1) están relacionados con la remodelación de la cromatina y podrían ser críticos para las transiciones en la estructura de la cromatina durante la reprogramación . Estas observaciones también brindan nuevos conocimientos sobre los cambios en la cromatina que subyacen a la reprogramación epigenética y allanan el camino para una mejor comprensión de los mecanismos detrás de la totipotencia y el establecimiento de estados epigenéticos específicos.

Publicación original:
Jachowicz, JW et al. (2017): la activación de LINE-1 después de la fertilización regula la accesibilidad global de la cromatina en el embrión de ratón temprano, Nature Genetics, 2017, DOI: 10.1038/ng.3945

Como Centro Alemán de Investigación para la Salud Ambiental,  Helmholtz Zentrum München  persigue el objetivo de desarrollar enfoques médicos personalizados para la prevención y el tratamiento de las principales enfermedades comunes, como la diabetes mellitus y las enfermedades pulmonares. Para lograrlo, investiga la interacción de la genética, los factores ambientales y el estilo de vida. El Helmholtz Zentrum München tiene alrededor de 2300 empleados y tiene su sede en Neuherberg, al norte de Múnich. Helmholtz Zentrum München es miembro de la Asociación Helmholtz, una comunidad de 18 centros de investigación científico-técnica y médico-biológica con un total de alrededor de 37.000 miembros del personal. 
La investigación del  Instituto de Epigenética y Células Madre  (IES) se centra en la caracterización de eventos tempranos en embriones de mamíferos. Los científicos están especialmente interesados ​​en la totipotencia de las células que se pierde durante el desarrollo. Además, quieren dilucidar a quién se debe esta pérdida por cambios en el núcleo. Su objetivo principal es comprender los mecanismos moleculares subyacentes que podrían conducir al desarrollo de nuevos enfoques terapéuticos.
Como una de las principales universidades de investigación de Europa,  LMU  Munich está comprometida con los más altos estándares internacionales de excelencia en investigación y enseñanza. Sobre la base de su tradición de 500 años de becas, LMU cubre un amplio espectro de disciplinas, que van desde las humanidades y los estudios culturales hasta la medicina y las ciencias, pasando por el derecho, la economía y los estudios sociales. El 15 por ciento de los 50.000 estudiantes de LMU provienen del extranjero, originarios de 130 países de todo el mundo. El conocimiento y la creatividad de los académicos de LMU forman la base del excelente historial de investigación de la Universidad. Esto también se refleja en la designación de LMU como una “universidad de excelencia” en el contexto de la Iniciativa de Excelencia, una competencia nacional para promover la investigación universitaria de alto nivel. 

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