Un estudio del grupo Hackett del EMBL de Roma ha llevado al desarrollo de una potente tecnología de edición epigenética, que abre la posibilidad de programar con precisión modificaciones de la cromatina.

Comprender cómo se regulan los genes a nivel molecular es un desafío central en la biología moderna. Este complejo mecanismo está impulsado principalmente por la interacción entre proteínas llamadas factores de transcripción, ADN regiones reguladoras y modificaciones epigenéticas: alteraciones químicas que cambian la estructura de la cromatina. El conjunto de modificaciones epigenéticas del genoma de una célula se denomina epigenoma.

Avances en la edición del epigenoma.

En un estudio publicado hoy (9 de mayo) en genética natural, científicos del grupo Hackett del Laboratorio Europeo de Biología Molecular (EMBL) en Roma han desarrollado una plataforma modular de edición del epigenoma, un sistema para programar modificaciones epigenéticas en cualquier parte del genoma. El sistema permite a los científicos estudiar el impacto de cada modificación de la cromatina en la transcripción, el mecanismo por el cual los genes se copian en ARNm para impulsar la síntesis de proteínas.

Se cree que las modificaciones de la cromatina contribuyen a la regulación de procesos biológicos clave como el desarrollo, la respuesta a señales ambientales y las enfermedades.

Representación creativa de la caja de herramientas de edición epigenética: cada edificio representa el estado epigenético de un solo gen (las ventanas oscuras son genes silenciosos, las ventanas iluminadas son genes activos). Crane ilustra el sistema de edición epigenética que permite la deposición de novo de marcas de cromatina en cualquier ubicación genómica. Marzia Munafò

Para comprender los efectos de las marcas de cromatina específicas en la regulación genética, estudios previos han mapeado su distribución en los genomas de tipos de células sanas y enfermas. Al combinar estos datos con el análisis de la expresión genética y los efectos conocidos de la alteración de genes específicos, los científicos han asignado funciones a estas marcas de cromatina.

Sin embargo, ha resultado difícil determinar la relación causal entre las marcas de cromatina y la regulación genética. El desafío es analizar las contribuciones individuales de los muchos factores complejos involucrados en dicha regulación: marcas de cromatina, factores de transcripción y secuencias reguladoras de ADN.

Avance en la tecnología de edición del epigenoma

Los científicos del grupo Hackett han desarrollado un sistema modular de edición del epigenoma para programar con precisión nueve marcas de cromatina biológicamente importantes en cualquier región deseada del genoma. El sistema se basa en CRISPR, una tecnología de edición del genoma ampliamente utilizada que permite a los investigadores realizar cambios en ubicaciones específicas del ADN con alta precisión y precisión.

Estas alteraciones precisas les permitieron analizar cuidadosamente las relaciones causa-consecuencia entre las marcas de cromatina y sus efectos biológicos. Los científicos también diseñaron y utilizaron un «sistema informador», que les permitió medir los cambios en la expresión genética a nivel unicelular y comprender cómo los cambios en la secuencia del ADN influyen en el impacto de cada marca de cromatina. Sus resultados revelan el papel causal de una serie de importantes marcas de cromatina en la regulación genética.

Hallazgos clave y direcciones futuras

Por ejemplo, los investigadores descubrieron una nueva función para H3K4me3, una marca de cromatina que antes se pensaba que era el resultado de la transcripción. Observaron que H3K4me3 en realidad puede aumentar la transcripción por sí solo si se agrega artificialmente a ubicaciones específicas del ADN.

«Este es un resultado extremadamente emocionante e inesperado que va en contra de todas nuestras expectativas», dijo Cristina Policarpi, becaria postdoctoral en el grupo Hackett y científica principal del estudio. “Nuestros datos apuntan a una red reguladora compleja, en la que varios factores determinantes interactúan para modular los niveles de expresión génica en una célula determinada. Estos factores incluyen la estructura de la cromatina preexistente, la secuencia de ADN subyacente y la ubicación en el genoma.

Aplicaciones potenciales e investigaciones futuras.

Hackett y sus colegas están explorando actualmente formas de aprovechar esta tecnología a través de una startup prometedora. El siguiente paso será confirmar y ampliar estos hallazgos apuntando a genes en diferentes tipos de células y a gran escala. También queda por aclarar cómo las marcas de cromatina influyen en la transcripción a través de la diversidad genética y los mecanismos posteriores.

«Nuestra caja de herramientas modular de edición epigenética constituye un nuevo enfoque experimental para analizar las interrelaciones entre el genoma y el epigenoma», dijo Jamie Hackett, líder del grupo en EMBL Roma. “El sistema podría utilizarse en el futuro para comprender con mayor precisión la importancia de los cambios epigenómicos a la hora de influir en la actividad genética durante el desarrollo y en las enfermedades humanas. Por otro lado, la tecnología también abre la posibilidad de programar los niveles de expresión genética deseados de una manera altamente personalizable. Esta es una vía interesante para aplicaciones de precisión en la salud y podría resultar útil en el contexto de la enfermedad.

Referencia: “La edición sistemática del epigenoma captura la función instructiva dependiente del contexto de las modificaciones de la cromatina” 9 de mayo de 2024, genética natural.
DOI: 10.1038/s41588-024-01706-w

China Chang'e-6 misión, actualmente en camino para recuperar una muestra de material del otro lado de La lunaProbará teorías que explican por qué las caras lunares cercanas y lejanas son tan diferentes.

Teniendo lanzado el 3 de mayo Se espera que Chang'e-6 aterrice a principios de junio en la Cuenca de Impacto del Doble Anillo del Apolo, que se encuentra dentro de una cuenca aún más grande. Cuenca del Polo Sur – Aitken (SPA). El inmenso SPA es el elemento de mayor impacto de su tipo en el mundo. sistema solar, con una extensión de 2.400 kilómetros por 2.050 kilómetros (1.490 por 1.270 millas) de superficie; se formó hace aproximadamente 4,3 mil millones de años, es decir. muy principios de la historia del sistema solar. Aunque Apolo es más joven, también es el lugar de impacto más grande superpuesto a la SPA. Apolo tiene una estructura de doble anillo, con su anillo interior de picos montañosos con un diámetro de 247 kilómetros (153 millas) y un anillo exterior de aproximadamente 492 kilómetros (305 millas) de diámetro.

El estudio de las primeras estrellas del Universo será fundamental para comprender el desarrollo de la existencia tal como la conocemos.

Las estrellas juegan un papel fundamental en la creación de vida en el Universo, generando elementos esenciales para la vida, como el carbono, el oxígeno y el nitrógeno, a través de procesos como la fusión nuclear.

Cuando las estrellas masivas llegan al final de sus ciclos de vida y explotan como supernovas, liberan estos elementos al espacio, enriqueciendo las nubes interestelares con los componentes básicos de la vida.

Estas nubes enriquecidas pueden dar origen a nuevas estrellas y sistemas planetarios, donde podrían formarse planetas como la Tierra.

Sin embargo, a pesar de nuestro profundo conocimiento del papel central de las estrellas en el cosmos, nuestro conocimiento de las estrellas más antiguas del Universo es escaso.

Telescopio espacial romano Nancy Grace de la NASA tiene como objetivo llenar este vacío en nuestro conocimiento estelar.

Su lanzamiento está previsto para mayo de 2027, el Telescopio Espacial Romano analizará las primeras estrellas del Universo.

El telescopio proporcionará una vista panorámica del cielo 200 veces más grande que la vista infrarroja del cielo del Telescopio Espacial Hubble, permitiendo un estudio 1.000 veces más rápido.

¿Cuáles son las estrellas más antiguas del Universo?

Las primeras estrellas del Universo, llamadas estrellas de Población III o Pop III, se diferenciaban significativamente de nuestro Sol.

Compuestos principalmente de hidrógeno y helio, eran más grandes, más calientes y más masivos, lo que conducía a una vida útil más corta debido a un consumo de combustible más rápido.

Aparecidas durante los primeros cientos de millones de años después del Big Bang, las estrellas Pop III desempeñaron un papel fundamental en la creación de elementos más pesados ​​que el helio, llamados metales, y dieron forma a la evolución del Universo en complejos sistemas de galaxias.

Aunque hoy en día no existen estrellas Pop III, su estudio proporciona información crucial sobre el desarrollo temprano del Universo, lo que requiere observaciones del Universo temprano para comprender sus características.

Mapeando el Universo primitivo con el Telescopio Espacial Romano

En lugar de apuntar a estrellas intactas, Roman buscará rastros de estrellas Pop III destruidas por agujeros negros, provocando un fenómeno llamado evento de perturbación de mareas (TDE).

Cuando una estrella se acerca demasiado a un agujero negro, sus mareas gravitacionales la destrozan. Parte de su material forma un disco de acreción, que emite luz brillante visible a miles de millones de años luz de distancia en diversas longitudes de onda, incluidas rayos X, radio, ultravioleta (UV) y óptica.

A medida que nos adentramos en el Universo temprano, donde existen principalmente estas estrellas, la luz óptica y ultravioleta cambia a longitudes de onda del infrarrojo cercano, detectables por instrumentos como Roman.

Estos eventos también exhiben un efecto de dilatación del tiempo debido al corrimiento al rojo, donde un TDE Pop III se ilumina durante cientos o incluso miles de días y se desvanece durante más de una década, asemejándose al comportamiento de las supernovas.

Colaboración con James Webb

Aunque el telescopio espacial James Webb de la NASA tiene la capacidad de detectar y analizar TDE en el Universo temprano, su estrecho campo de visión limita su eficacia como cazador de TDE.

entre los romanos encuestas de comunidades claveel estudio de Área Amplia de Alta Latitud se destaca como el más prometedor para el descubrimiento de TDE, cubriendo aproximadamente 2.000 grados cuadrados de cielo más allá del plano de nuestra galaxia.

Aunque el campo de visión de Webb es limitado, sus herramientas espectroscópicas lo hacen valioso para observaciones de seguimiento, incluida la identificación de la presencia de metales una vez que Roman detecta TDE.

Este enfoque combinado ofrece un método estratégico para identificar estrellas Pop III, allanando el camino para una inmersión más profunda en los misterios del Universo temprano.