Las rupturas en el genoma
Nuevo método para mejorar el diagnóstico de las enfermedades genéticas
Las rupturas y reordenamientos en el genoma pueden conducir a enfermedades graves, incluso si todos los genes permanecen intactos. Hi-C, un método para mapear la estructura tridimensional de los cromosomas, promete diagnósticos más confiables y precisos de tales defectos, pero aún no se utiliza en la clínica. Un equipo de investigadores del Instituto Max Planck de Genética Molecular y Charité - Universitätsmedizin de Berlín, dirigido por los genetistas humanos Malte Spielmann y Stefan Mundlos, analizó muestras clínicas de pacientes con trastornos genéticos del desarrollo con el método Hi-C.
Cromosomas teñidos con tintes fluorescentes bajo el microscopio. Mientras que todo el ADN se tiñe de azul, una secuencia específica teñida de rosa aparece duplicada en una de las dos copias del cromosoma 17, pero no en la otra. Esta parte fue duplicada e insertada en otra parte del mismo cromosoma, lo que conduce a la enfermedad.
© MPIMG/ Uirá Souto Melo
Ya una mutación en el genoma puede tener graves consecuencias. Sin embargo, la pérdida de grandes secciones del genoma o su reubicación en nuevas posiciones también puede tener efectos dramáticos. A menudo, las células con tales defectos ni siquiera son viables, ya que la pérdida o el cambio de los genes conduce a una pérdida de funciones importantes.
Incluso si todos los genes permanecen intactos después de una rotura de cromosomas, pueden producirse problemas graves. Los segmentos de ADN responsables del control de otros genes pueden llegar al lugar equivocado, activando los genes en el momento o lugar equivocado. En consecuencia, pueden surgir cáncer, enfermedades neurodegenerativas o trastornos del desarrollo.
Examen de los bucles del genoma
A pesar de los grandes avances en las pruebas genéticas, la identificación de las causas genéticas de esas enfermedades sigue siendo difícil. "En aproximadamente la mitad de los casos no es posible un diagnóstico genético, lo que deja al paciente con la incertidumbre del origen del problema", dice Stefan Mundlos del Instituto Max Planck de Genética Molecular y Caridad - Universitätsmedizin Berlin. "En algunos casos, incluso secuenciar todo el genoma no ayuda."
Como describe el equipo dirigido por los genetistas humanos Stefan Mundlos y Malte Spielmann en el presente número de The American Journal of Human Genetics, un método de investigación básica podría mejorar considerablemente los diagnósticos clínicos en algún momento del futuro. Los investigadores aplicaron un método denominado "Hi-C" (Captura de Conformación Cromosómica de Alto Rendimiento) a muestras de pacientes con trastornos del desarrollo que se sospechaba que estaban causados por reajustes cromosómicos. El análisis Hi-C muestra, qué partes del genoma se acercan unas a otras en el núcleo de la célula. Los reordenamientos cromosómicos pueden alterar estos patrones de interacción y, por lo tanto, pueden verse en el análisis.
El equipo examinó muestras clínicas de sangre, piel y líquido amniótico de nueve pacientes con roturas cromosómicas pero sin daño a los genes conocidos. "Preguntamos, ¿podemos usar el Hi-C para reproducir los hallazgos clínicos o podemos incluso ver más?", dice Spielmann, que dirigió el estudio junto con Mundlos. "De hecho, los resultados fueron mucho más complejos de lo que esperábamos."
El Hi-C desenreda cromosomas altamente desorganizados
El análisis clásico de las anomalías cromosómicas se realiza mediante un cariograma, que es una vista microscópica de los cromosomas teñidos. Otro método, llamado hibridación comparativa del genoma, trabaja con fragmentos fluorescentes de ADN y muestra con mayor precisión las lagunas y duplicaciones del genoma. Sin embargo, ambos métodos son relativamente crudos. "Es visible cuando algo está mal en una escala gruesa, pero es difícil decir qué es exactamente lo que está mal", dice Uirá Souto Melo. Él, junto con Rocío Acuna-Hidalgo y Robert Schöpflin, son los primeros autores de esta publicación.
Es importante no sólo ver dónde están las rupturas en el genoma, sino también qué partes de la molécula de ADN están en estrecho contacto entre sí en el núcleo de la célula, explica el científico. "El ADN no está empaquetado al azar en el núcleo", explica Melo. "En cambio, el ADN está increíblemente bien organizado con múltiples niveles de organización y territorios altamente definidos, aunque a primera vista no lo parezca". Hasta ahora, el método Hi-C es la única manera de mapear con precisión los numerosos hondas y bucles del genoma de ADN en todo el mundo.
Bucles y triángulos
Melo realizó Hi-C en las células del paciente tratándolas con químicos que atan permanentemente segmentos de ADN vecino entre sí primero, luego fragmentando el genoma y finalmente secuenciando los pequeños pedazos. Los fragmentos que originalmente han estado cerca en el núcleo de la célula ocurren juntos en la secuenciación posterior.
Tras el análisis bioinformático, la frecuencia de los contactos se hace visible en los llamados mapas de calor, en los que la intensidad de color de cada punto representa la frecuencia con que se tocan dos regiones genómicas de la muestra. "Partes del genoma con contactos intensos dentro de la región y algún aislamiento hacia las regiones vecinas aparecen como formas triangulares características en el mapa de calor", dice el bioinformático Robert Schöpflin. "Tales regiones forman grandes bucles dentro del ADN, que juegan un papel importante en la organización funcional de secuencias reguladoras y genes". Las regiones se denominan "dominios topológicamente asociados" (DAT); representan regiones de alta interacción en el espacio tridimensional.
La importancia de los límites
Las rupturas cromosómicas a menudo conducen a la interrupción de los dominios de cromatina, a veces con efectos graves. "Imagina estos dominios como cámaras en un tanque de vidrio - con aceite, agua y sal en las cámaras individuales", dice Melo. "Cuando el límite entre ellos se rompe, el contenido se mezcla y la composición en cada cámara obviamente cambia."
De manera similar, sin los límites del TAD, las funciones de control de un dominio se extienden a otro, ya que las secuencias reguladoras de un bucle de ADN afectan a los genes de un bucle del que no son responsables. Esto puede llevar a una activación aberrante de los genes por reguladores equivocados. "Cuando se elimina un límite que separa dos dominios o si se intercambia el contenido de dos dominios, un gen que normalmente está activo en el miembro en desarrollo puede activarse, por ejemplo, en el cerebro", dice el científico.
En las muestras clínicas examinadas, el equipo fue capaz no sólo de confirmar los hallazgos existentes y especificar el efecto de los bucles TAD incorrectamente organizados. Incluso encontraron algunas rupturas adicionales que se habían pasado por alto en los diagnósticos clásicos.
El camino a la clínica
"Poder usar Hi-C en la clínica mañana sería un sueño", dice Melo. "Pero desafortunadamente, no es posible todavía." El método sigue siendo demasiado costoso y complicado para las pruebas de rutina. Sin embargo, el científico ve un gran potencial de optimización en el relativamente nuevo método. Se podría automatizar mucho trabajo de laboratorio, se podrían mejorar los algoritmos y se podría reducir la secuenciación, dice el investigador. "En este momento, tenemos que llegar a nuestros colegas en genética humana y medicina en todo el mundo para convertir esta técnica de laboratorio en un verdadero método de diagnóstico".
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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