La vida comienza con una célula. Cuando un organismo se desarrolla, las células en división se especializan para formar la variedad de tejidos y órganos que forman el cuerpo adulto, manteniendo el mismo material genético, contenido en nuestro ADN. En un proceso conocido como transcripción, partes del ADN, los genes, se copian en una molécula mensajera, el ácido ribonucleico (ARN), que transporta la información necesaria para producir proteínas, los componentes básicos de la vida. Las partes de nuestro ADN que se leen y transcriben determinan el destino de nuestras células. Los lectores del ADN son proteínas llamadas factores de transcripción:se unen a sitios específicos del ADN y activan el proceso de transcripción. Cómo reconocen a qué ubicación en el ADN necesitan unirse y cómo se distinguen de otros sitios de unión aleatorios en el genoma sigue siendo una pregunta abierta. Científicos del Instituto Max Planck de Biología Celular Molecular y Genética (MPI-CBG) y el Instituto Max Planck de Física de Sistemas Complejos (MPI-PKS), ambos ubicados en Dresde, muestran que miles de factores de transcripción individuales se unen e interactúan juntos. Humedecen colectivamente la superficie del ADN formando gotitas de líquido que pueden identificar grupos de sitios de unión en la superficie del ADN.

La transcripción, uno de los procesos celulares más fundamentales, es la acción por la cual la información contenida en el ADN se transcribe en la molécula mensajera ARN. Este "mensaje" se traduce luego en proteínas. Decidir qué partes del ADN se transcriben en un momento dado es crucial para el desarrollo adecuado para mantener la salud de un organismo, porque es probable que ocurran muchas enfermedades cuando los programas genéticos no se ejecutan correctamente. La decisión sobre qué genes se transcriben la toma una red compleja de proteínas reguladoras llamadas factores de transcripción. Si bien estos factores se unen a secuencias cortas de ADN, se requiere el reconocimiento de grupos de muchas de estas secuencias para activar genes cercanos.

Los grupos de investigación de Stephan Grill y Anthony Hyman, ambos directores del MPI-CBG, y el grupo de Frank Jülicher, director del MPI-PKS investigaron en su reciente estudio en la revista Nature Physics cómo los factores de transcripción encuentran y reconocen grupos de muchas secuencias de ADN específicas donde pueden unirse y conducir a la activación de genes. Para averiguarlo, los investigadores siguieron un enfoque interdisciplinario, combinando la experiencia en biofísica teórica y experimental con la biología celular. Jose A. Morin, uno de los primeros autores del estudio, explica:"Empleamos pinzas ópticas, una tecnología que utiliza láseres para aislar y manipular objetos muy pequeños, como moléculas de ADN individuales, combinadas con microscopía confocal para mirarlos individualmente. Con pinzas ópticas es posible capturar una sola molécula de ADN y con microscopía confocal podemos observar factores de transcripción uniéndose y formando condensados ​​de proteínas en sus secuencias de ADN preferidas.El hecho de que podamos estudiar este proceso molécula a molécula nos permitió detectar interacciones de lo contrario, borrosa por la complejidad de la célula viva". Sina Wittmann, otra primera autora, agrega:"Con la ayuda de los físicos, pudimos entender cómo los factores de transcripción se comunican entre sí y se ensamblan a través del trabajo en equipo. Se someten a lo que se llama una transición de prehumectación para formar gotas similares a las de un líquido, que son similares a las gotas en un espejo en su baño después de una ducha. Estos condensados ​​están llenos de miles de factores de transcripción. Reunidos de esta manera, los factores de transcripción ahora pueden identificar la región de ADN correcta leyendo la secuencia de ADN".

Stephan Grill resume:"Ahora tenemos una posible explicación mecánica para la localización de los factores de transcripción a lo largo del genoma. Esto es esencial para comprender cómo se regula la expresión génica. Dado que sabemos que esta regulación falla en las enfermedades del desarrollo y el cáncer, estos nuevos resultados darnos una imagen más clara de cómo ocurren estas enfermedades. Este conocimiento es importante para pensar en nuevas opciones terapéuticas que tengan en cuenta el trabajo en equipo de los factores de transcripción".