Un equipo de científicos del Instituto de Investigación Scripps ha realizado un descubrimiento que podría redefinir nuestra comprensión sobre la resiliencia y adaptabilidad celular. Han desvelado las interacciones secretas entre un polímero inorgánico primitivo de fosfato, conocido como polifosfato (polyP), y dos bloques fundamentales de la vida: el ADN y el magnesio. Estos componentes forman agrupaciones de pequeñas gotas líquidas, también conocidas como condensados, con estructuras flexibles y adaptables.
El polifosfato y el magnesio participan en numerosos procesos biológicos, por lo que estos hallazgos podrían conducir a nuevos métodos para ajustar las respuestas celulares, con aplicaciones significativas en la medicina traslacional. El estudio, publicado en Nature Communications el 26 de octubre de 2024, revela una delicada zona «Ricitos de Oro», un rango específico de concentración de magnesio, donde el ADN se envuelve alrededor de los condensados de iones de polyP-magnesio. Esta estructura, similar a una cáscara de huevo delgada que cubre un interior líquido, podría ayudar a las células a organizar y proteger su material genético.
Este trabajo comenzó como una colaboración entre los coautores principales, la profesora asociada Lisa Racki, PhD, y el profesor Ashok Deniz, PhD, ambos del Departamento de Biología Estructural y Computacional Integrativa en Scripps Research. Racki había estado estudiando estas estructuras en células bacterianas, mientras que el laboratorio de Deniz exploraba la química física de los condensados biomoleculares durante la última década. La colaboración, según se dieron cuenta, era la única manera de desentrañar estas interacciones antiguas.
Las imágenes de microscopía revelaron que el ADN se envuelve alrededor de un condensado, creando una barrera similar a una cáscara de huevo. Esta cáscara podría afectar el transporte de moléculas y también ralentizar la fusión, el proceso en el que dos condensados se unen en uno solo. Sin las cáscaras de ADN, los condensados de iones polyP-magnesio se fusionaban fácilmente, como las gotas de aceite y vinagre en una botella de aderezo para ensaladas cuando se agita. Sin embargo, un examen cuidadoso mostró que la fusión se ralentizaba en diferentes grados, dependiendo de la longitud del ADN.
El ADN es más de 1,000 veces más delgado en diámetro que los condensados, lo que dificulta la visualización de los detalles moleculares. Afortunadamente, la infraestructura para capturar tales imágenes ha sido desarrollada por otros miembros del profesorado en Scripps Research: la profesora asistente Danielle Grotjahn, PhD, y el becario de Scripps Donghyun Raphael Park, PhD. Colaborando con Park y con la ayuda de Grotjahn, los investigadores utilizaron la tomografía crioelectrónica para examinar de cerca las superficies de los condensados.
Otro descubrimiento crucial fue que la formación de la cáscara de ADN solo ocurría dentro de un rango específico de concentración de magnesio; demasiado o muy poco, y la cáscara no se materializaba. Este efecto «Ricitos de Oro» destaca cómo las células pueden regular la estructura, tamaño y función de los condensados simplemente ajustando los parámetros de control. En este contexto, Deniz y Racki están particularmente interesados en comprender el superenrollamiento del ADN, cómo el ADN se retuerce como un resorte para caber dentro de las células.
Los investigadores sospechan que las interacciones del ADN con los condensados de polyP en las células podrían propagar cambios locales en el superenrollamiento del ADN a largas distancias, resultando en cambios más amplios en la expresión génica y la función celular. Investigar este efecto es uno de los próximos objetivos del equipo. Además de Deniz, Racki, Grotjahn y Park, los autores del estudio incluyen a los co-primeros autores Ravi Chawla y Jenna K. A. Tom, y Tumara Boyd, Nicholas H. Tu y Tanxi Bai de Scripps Research.
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