Investigadores del Grupo Gerlich en IMBA, Instituto de Biotecnología Molecular de la Academia de Ciencias de Austria, descubrieron un mecanismo molecular que confiere propiedades físicas especiales a los cromosomas en la división de células humanas para permitir su transporte fiel a la progenie. El equipo mostró cómo una modificación química establece un límite superficial nítido en los cromosomas, lo que les permite resistir la perforación de los microtúbulos del aparato del huso. Los hallazgos se publican en la revista Nature .

Cuando las células se dividen, necesitan transportar exactamente una copia del genoma a cada una de las dos células hijas. La segregación fiel del genoma requiere el empaquetamiento de moléculas de ADN cromosómico extremadamente largas en cuerpos discretos para que puedan ser movidas de manera eficiente por el huso mitótico, un sistema de filamentos compuesto por miles de microtúbulos. Los nuevos hallazgos del Grupo de Investigación Gerlich en el IMBA (Instituto de Biotecnología Molecular de la Academia de Ciencias de Austria) arrojan luz sobre cómo los cromosomas mitóticos resisten las fuerzas constantes de empuje y tracción generadas por los microtúbulos. "En medio de este sistema complejo, las distintas propiedades físicas se confieren a los cromosomas al cambiar los niveles de acetilación de histonas, una modificación química dentro de la fibra de cromatina", dice el líder del grupo IMBA, Daniel Gerlich.

El trabajo anterior había demostrado que, en la división de las células, las fibras de cromatina se doblan en bucles por un gran complejo de proteínas llamado condensina. Sin embargo, el papel de la condensina por sí solo no podría explicar por qué los cromosomas aparecen como cuerpos densos con una superficie afilada en lugar de una estructura suelta que se asemeja a un cepillo de botella. Algunos estudios habían sugerido un papel de la acetilación de histonas en la regulación del nivel de compactación durante la división celular, pero la interacción de la acetilación de histonas con la condensina y su relevancia funcional seguían sin estar claras. "Con nuestro trabajo, ahora podemos desentrañar conceptualmente los dos mecanismos", afirma Gerlich.

El equipo varió los niveles de condensina y acetilación de histonas para estudiar sus efectos precisos. La eliminación de la condensina interrumpió la forma alargada de los cromosomas en las células en división y redujo su resistencia a las fuerzas de tracción, pero no afectó su nivel de compactación. La combinación del agotamiento de la condensina con un tratamiento que aumenta los niveles de acetilación de histonas provocó una descompactación masiva de la cromatina en las células en división y la perforación de los cromosomas por parte de los microtúbulos.

Los investigadores plantearon la hipótesis de que la cromatina se organiza como un gel hinchado durante la mayor parte del ciclo celular (cuando está relativamente acetilada) y que este gel se compacta a una forma insoluble durante la división celular cuando los niveles de acetilación disminuyen globalmente. Luego desarrollaron un ensayo para sondear la solubilidad de la cromatina fragmentando los cromosomas mitóticos en pequeños fragmentos. Los fragmentos de cromosomas mitóticos formaron gotas de cromatina líquida, pero cuando aumentó el nivel de acetilación, los fragmentos de cromatina se disolvieron en el citoplasma. Estas observaciones respaldan un modelo en el que una reducción global de la acetilación de la cromatina durante la mitosis establece un gel de cromatina inmiscible con un límite de fase nítido, lo que proporciona una base física para la resistencia contra la perforación de los microtúbulos.

Con más experimentos que involucraron cromatina pura que se reconstituyó in vitro, y al sondear el acceso a la cromatina por parte de varias macromoléculas solubles, el equipo descubrió que la cromatina inmiscible forma una estructura densa en carga negativa que excluye macromoléculas y microtúbulos cargados negativamente. "Nuestro estudio muestra cómo el bucle de ADN por el complejo de condensina coopera con un proceso de separación de fases de la cromatina para construir cromosomas mitóticos que resisten las fuerzas de tracción y empuje ejercidas por el huso. La desacetilación de las histonas durante la división celular confiere propiedades físicas únicas a los cromosomas que son necesaria para su fiel segregación", concluye Daniel Gerlich.