En el ámbito de la biología molecular, entender cómo se organiza el ADN dentro de nuestras células es fundamental para descifrar el funcionamiento de los genes. Desde hace décadas los científicos han estudiado cómo ciertas proteínas moldean y estructuran el material genético, un proceso clave para la activación y regulación de los genes. Un nuevo estudio, liderado por investigadores de los Países Bajos, Austria y Suiza, ha revelado un mecanismo inesperado en este proceso, resolviendo una controversia científica de larga data.
El hallazgo se centra en unas proteínas conocidas como complejos SMC (Structural Maintenance of Chromosomes), que remodelan el ADN formando lazos. Hasta ahora, se pensaba que estos motores moleculares operaban en una sola dirección o simétricamente desde ambos extremos. Sin embargo, los nuevos experimentos han demostrado que pueden cambiar de dirección de manera dinámica, lo que podría reescribir nuestra comprensión de la arquitectura del genoma y abrir nuevas vías para el estudio de enfermedades genéticas.
El papel clave de los complejos SMC en la organización del ADN
Los complejos SMC son esenciales para la organización del ADN en todas las células eucariotas. Estos motores moleculares tienen la capacidad de reconfigurar el ADN formando bucles, un proceso crítico para la regulación de la expresión génica y el mantenimiento de la estabilidad del genoma. Existen varios tipos de complejos SMC, entre ellos cohesina, condensina y SMC5/6, cada uno con funciones específicas.
Hasta ahora, los estudios sugerían que algunos complejos SMC eran simétricos, incorporando ADN de ambos lados para formar un bucle, mientras que otros eran asimétricos, atrayendo ADN solo desde un lado. Esta aparente contradicción ha generado debates en la comunidad científica, sin una respuesta clara sobre cómo funcionan realmente estos motores moleculares.
El nuevo estudio resuelve esta paradoja al demostrar que todos los complejos SMC funcionan de manera asimétrica, pero con la capacidad de invertir su dirección, lo que daba la ilusión de un movimiento simétrico en ciertos casos.
Un hallazgo posible gracias a tecnología de vanguardia
Para demostrar esta hipótesis, los investigadores utilizaron microscopía de molécula única, una técnica avanzada que permite visualizar proteínas individuales en acción sobre el ADN. Este enfoque ha sido crucial para desentrañar el verdadero comportamiento de los complejos SMC, ya que en experimentos anteriores con técnicas menos precisas, los cambios de dirección pasaban desapercibidos.
Las observaciones revelaron que, en lugar de moverse de manera unidireccional, los motores SMC capturan ADN de un lado, luego cambian de dirección y lo incorporan desde el otro, generando un patrón de bucles altamente dinámico. Este comportamiento fue observado en cohesina, condensina y SMC5/6, lo que indica que se trata de un mecanismo universal en los organismos eucariotas.
El interruptor molecular: la proteína NIPBL
El estudio identificó además un elemento clave en este proceso: la proteína NIPBL, que actúa como un “interruptor de dirección” en los motores SMC. Cuando NIPBL se une al complejo SMC, este mantiene una dirección de extrusión del ADN. Sin embargo, cuando NIPBL se disocia y luego se reincorpora, el motor cambia de dirección.
Este descubrimiento tiene implicaciones importantes para la biología celular, ya que sugiere que las células pueden modular activamente la dirección del plegamiento del ADN, lo que podría ser fundamental para procesos como la regulación de genes, la reparación del ADN y la segregación cromosómica durante la división celular.
Implicaciones para el estudio de enfermedades genéticas
Uno de los aspectos más prometedores de este hallazgo es su relevancia para la medicina y la investigación en enfermedades genéticas. Mutaciones en genes que codifican para proteínas SMC y NIPBL han sido asociadas con trastornos como el síndrome de Cornelia de Lange, una enfermedad rara que afecta el desarrollo fetal.
Por otra parte, la regulación defectuosa de los motores SMC también ha sido implicada en ciertos tipos de cáncer y enfermedades neurodegenerativas. Comprender cómo estos complejos moldean el ADN y cómo sus alteraciones pueden llevar a la enfermedad podría abrir nuevas estrategias terapéuticas para corregir fallos en la organización del genoma.
Un avance con impacto en múltiples áreas
El descubrimiento de que los complejos SMC pueden cambiar de dirección mientras remodelan el ADN resuelve un debate de larga data y proporciona una nueva perspectiva sobre la dinámica de la organización del genoma.
Desde un punto de vista fundamental, esto amplía nuestra comprensión de la biología molecular y la mecánica de los cromosomas. A nivel aplicado, el hallazgo podría contribuir al desarrollo de nuevas estrategias médicas para tratar enfermedades causadas por fallos en la arquitectura del ADN. Con herramientas cada vez más precisas para estudiar la dinámica molecular, los próximos años prometen más avances revolucionarios en la comprensión y manipulación del genoma humano.
Referencias
- Barth, R., Davidson, I.F., van der Torre, J., Taschner, M., Gruber, S., Peters, J-M., & Dekker, C. (2025). SMC motor proteins extrude DNA asymmetrically and contain a direction switch. Cell. DOI: 10.1016/j.cell.2024.12.020.
Cortesía de Muy Interesante
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