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sábado, 15 de febrero de 2014

Descubren un nuevo “truco” que usan las células madre para desempaquetar su ADN

Fuente: http://alt1040.com/2014/01/empaquetamiento-adn-celulas-madre


Científicos suecos desenmascaran el proceso biológico que podría asociarse con el comportamiento de las células madre. Este mecanismo, conocido como citrulinación, también interviene en el desarrollo del cáncer o de enfermedades autoinmunes, tales como la artritis reumatoide.






Las células madre son aquellas capaces de dar lugar a cualquier tipo de célula de nuestro cuerpo. A partir de ellas, por ejemplo, podemos formar células renales especializadas, con el objetivo de crear mini-riñones que pudieran ser utilizados como trasplantes del futuro.

¿Por qué pueden las células madre convertirse tan rápidamente en células especializadas, y sin embargo, el proceso inverso no se da con tanta facilidad? El secreto se encuentra en el ADN, que porta la información genética necesaria; en otras palabras: las instrucciones para que cada célula cumpla un papel determinado en un lugar y momento específicos.


Para que estas instrucciones sean "leídas" correctamente, el genoma de cada célula se encuentra más o menos empaquetado. ¿Qué significa esto? Cuanto más empaquetado se encuentre, gracias a la labor de unas proteínas llamadas histonas, peor podrá leerse su información genética. Sin embargo, si conseguimos "relajar" dicho empaquetamiento, es más fácil que pueda leerse la secuenciación de unos determinados genes.

¿Qué tiene que ver el empaquetamiento con las células madre? Cuanto más empaquetado esté el ADN de estas células, peor se podrá leer su información genética, y por tanto, será más difícil que estas células den lugar a otras células más especializadas. Sin embargo, si conseguimos flexibilizar su empaquetamiento de alguna manera, lograremos que sea más sencillo leer el ADN de estas células madre, y por ello, que puedan especializarse en otros tipos celulares.






Una nueva investigación realizada por científicos del Instituto Karolinska de Suecia ha determinado la relación entre la citrulinación y las células madre. En el empaquetamiento del genoma de nuestras células, intervienen dos características importantes: la carga negativa del ADN y la carga positiva de las histonas antes mencionadas.




Sin embargo, si en la célula interviene la citrulinación, la carga positiva de estas proteínas se "relaja", posibilitando que también se flexibilice el empaquetamiento del ADN. En otras palabras, este mecanismo biológico participaría en los cambios genéticos que deben ocurrir para pasar de células madre a células especializadas.

Su investigación, publicada en Nature, ha servido para asociar por primera vez la citrulinación con las células madre. Este proceso biológico funciona de forma que un elemento de las proteínas (llamado arginina) pueda convertirse en citrulina. El interrogante principal se basa ahora en desvelar la relación que tiene este mecanismo con otros sucesos que ocurren en nuestro organismo, además del ya mencionado con las células madre.

Y es que estudios recientes ya relacionan este proceso de citrulinación con el desarrollo de cáncer o de enfermedades autoinmunes, tales como la artritis reumatoide. En este segundo caso, el cambio proteico que induce la citrulinación sería diferente al de las células madre, ya que lo que provocaría, en principio, sería marcar a las proteínas de nuestro organismo con una especie de "etiqueta", de forma que fueran identificadas por nuestras defensas como algo extraño. Esta es la razón por la que en las patologías autoinmunes, el cuerpo reacciona contra el propio cuerpo.

La investigación sueca, por tanto, es la primera que logra asociar el proceso de la citrulinación con el comportamiento que presentan las células madre, a través del fortalecimiento o la relajación del empaquetamiento del ADN. Conocer más acerca de la biología de nuestras células es fundamental, ya que ello posibilitará que poseamos mejores dianas terapéuticas en el futuro.

New mechanism for genome unpacking in stem cells

Fuente: http://ki.se/ki/jsp/polopoly.jsp?d=130&a=173056&l=en&newsdep=130


Scientists at Karolinska Institutet and Gurdon Institute in Cambridge, United Kingdom have identified a novel mechanism that allows pluripotent stem cells to maintain their genome in an unpacked state, and thereby maintain their unique property to give raise to all types of specialized cells in the body. The findings are presented in the journal Nature.


Gonçalo Castelo-Branco 
Photo: Ulf Sirborn



Embryonic stem cells and induced pluripotent stem cells have the capacity to give rise to all cell types present in the adult body. To maintain this immature state, genes that are turned on in specialized cells must remain inactive in pluripotent cells, but ready to be quickly activated upon maturation into, for example, a cell in the skin or liver. The genome of a cell is packed in the nucleus, in a structure called chromatin. If the chromatin packing is tight (condensed), activatory molecules cannot access parts of the genome that control the activation of genes. Thus, for a certain gene to be activated, the chromatin structure must be unpacked (decondensation).


Pluripotent stem cells are unique in that their genome is partially unpacked (chromatin decondensation), when compared to specialized cells, to allow rapid activation of differentiation genes upon a given stimuli. In this published study, an international team, lead by Professor Tony Kouzarides, at the Gurdon Institute, University of Cambridge, identified a specific enzymatic activity, called citrullination, that contributes to decondensed chromatin state in pluripotent cells.


"The genome (DNA) is highly negatively charged and is associated in the chromatin structure with proteins called histones, which are highly positively charged. We found that in pluripotent cells, citrullination reduces the charge of some histones, weakening their association with the genome and contributing to decondensation", says Gonçalo Castelo-Branco, principal investigator at Karolinska Institutet and co-first author in the study with Maria Christophorou of the Gurdon Institute.


Gonçalo Castelo-Branco's research group at Karolinska Institutet is now investigating roles for citrullination in other immature cells, such as oligodendrocyte precursors in the brain, which participate in myelin regeneration in multiple sclerosis, MS.





Research in this study was funded by grants from Cancer Research UK, the Swedish Research Council, EMBO, European Union 7th Framework Programme (FP7) Marie Curie Actions, among others grants. Gonçalo Castelo-Branco implemented parts of the study at the Gurdon Institute, where he was previously a researcher, and at Karolinska Institutet. Among the study authors is also professor John Gurdon, laureate of the Nobel Prize in Physiology or Medicine 2012. Apart from Sweden and United Kingdom, scientists from Denmark, Brasil and USA participated in the study.




Publication:

Maria A. Christophorou*, Gonçalo Castelo-Branco*, Richard P. Halley-Stott, Clara Slade Oliveira, Remco Loos, Aliaksandra Radzisheuskaya, Kerri A. Mowen, Paul Bertone, José Silva, Magdalena Zernicka-Goetz, Michael L. Nielsen, John Gurdon and Tony Kouzarides *equal contribution, co-first authors


"Citrullination regulates pluripotency and histone H1 binding to chromatin"

Nature, online 26 January 2014, doi: 10.1038/nature12942





For further information, please contact:

Assistant Professor, Principal Investigator
Gonçalo Castelo-Branco
Work:+46 (0)8-524 879 36
Mobile:+46(0)70-091 59 22