Los Ricitos de Oro de la fama de los cuentos de hadas sabían algo sobre las gachas. Tenía que estar bien, ni demasiado caliente ni demasiado frío. Lo mismo ocurre con los muebles, ni demasiado duros ni demasiado blandos. En un contexto diferente, Los científicos de UC San Diego saben algo sobre el ADN. Saben que las hebras de nuestro código genético, si se extiende, mediría dos metros, o alrededor de seis pies. También saben que las hebras se pliegan y se mueven dentro del núcleo celular del tamaño de aproximadamente una centésima de milímetro. Pero no saben cómo y en qué estado de la materia ocurre esto, así que decidieron comprobarlo.

Inspirado en ideas de la física de las transiciones de fase y la física de polímeros, Los investigadores de las Divisiones de Ciencias Físicas y Biológicas de la UC San Diego se propusieron específicamente determinar la organización del ADN dentro del núcleo de una célula viva. Los hallazgos de su estudio, publicado recientemente en Comunicaciones de la naturaleza , sugieren que el estado de fase del ADN genómico es "perfecto":un gel colocado en el límite de fase entre el gel y el sol, la transición de fase sólido-líquido.

Piense en el pudín panna cotta, o incluso papilla. La consistencia de estos delicias debe ser la correcta para disfrutarlos de manera ideal. Al igual que la transición de fase "sol-gel", según los científicos, parece justo para explicar el momento de las interacciones genómicas que dictan la expresión génica y la recombinación somática.

"Este hallazgo apunta a un principio físico general de organización cromosómica, que tiene implicaciones importantes para muchos procesos clave en biología, desde la producción de anticuerpos hasta la diferenciación de tejidos, "dijo Olga Dudko, un biofísico teórico y profesor en el Departamento de Física de UC San Diego, quien colaboró ​​con su colega Cornelis Murre, profesor distinguido de la Sección de Biología Molecular, en el estudio.

Junto con el ex estudiante graduado de Dudko, Yaojun Zhang, ahora investigador postdoctoral en Princeton, y el erudito postdoctoral de Murre, Nimish Khanna, El equipo recopiló y analizó datos sobre el movimiento del ADN dentro de las células B de mamíferos vivos de ratones para comprender cómo las interacciones genómicas remotas generan un grupo diverso de anticuerpos por parte del sistema inmunológico adaptativo.

En mamíferos, como roedores y humanos, Los segmentos de genes de inmunoglobulina se organizan en grupos de variable (V), segmentos de diversidad (D) y unión (J). Estos V, Los segmentos D y J se combinan aleatoriamente mediante el proceso de recombinación somática. Esto ocurre antes del contacto con el antígeno y durante el desarrollo de las células B en el tejido linfoide del sistema inmunológico. o médula ósea. Estas interacciones genéticas aleatorias dan como resultado diversos códigos de proteínas que coinciden con los antígenos que activan los linfocitos.

Los científicos examinaron las diversas interacciones entre los segmentos de genes V y DJ. Si bien se desconoce exactamente cómo ocurren estas interacciones, Los investigadores de UC San Diego desarrollaron una estrategia para rastrear el movimiento de V y DJ en linfocitos B. Descubrieron que los segmentos V y DJ estaban atrapados en configuraciones que solo permitían el movimiento local; en otras palabras, los segmentos permanecieron espacialmente proximales si inicialmente estaban cerca o permanecieron separados si inicialmente estaban espacialmente distantes. Los investigadores también observaron, dentro de un subconjunto de celdas, cambios abruptos en el movimiento de V y DJ, plausiblemente causado por cambios temporales en la cromatina.

Comparando datos experimentales y simulados, los científicos concluyeron que el movimiento restringido es impuesto por una red de cadenas de cromatina reticuladas, o una malla de puentes entre las hebras de ADN que son características de una fase de gel. Todavía, la cantidad de estos enlaces cruzados es "justa" para equilibrar el ADN cerca de la fase sol, una fase líquida que describe una solución de cadenas no entrecruzadas.

Este patrón sugirió a los científicos que existe un cierto principio organizativo del ADN genómico (proximidad a la transición de fase sol-gel) que explica cómo el genoma puede poseer simultáneamente estabilidad y capacidad de respuesta dentro del núcleo.

Estos resultados indican que el patrón de empaquetado del ADN dentro del núcleo de una célula tiene consecuencias para el destino de una célula, ya sea que se convierta en una célula viva o enferma.

"Tenemos teorías rigurosas de la física:principios abstractos y ecuaciones matemáticas. Tenemos experimentos de última generación en biología:seguimiento innovador de segmentos de genes en núcleos de células de mamíferos vivos, ", señaló Zhang." Realmente me sorprende y emociona cuando los dos aspectos se fusionan coherentemente en una historia, donde la física no es solo una herramienta para describir la dinámica de los segmentos de genes, pero ayuda a identificar el estado físico del genoma, y además arroja luz sobre el impacto de las propiedades físicas de este estado en su función biológica ".