Un model multilaminar explica l'estructura de les aberracions cromosòmiques

08/10/2015

Durant la divisió cel·lular, cada cromosoma metafàsic conté una sola molècula de DNA enormement llarga que està associada amb proteïnes histones i forma una llarg filament de cromatina amb molts nucleosomes. Els models actuals consideren que la cromatina es plega formant llaçades o xarxes irregulars. En contrast amb això, estudis de microscòpia realitzat per investigadors del Laboratori de Cromatina dirigit pel professor Joan-Ramon Daban (Unitat de Biociències del Departament de Bioquímica i Biologia Molecular, UAB) van mostrar inesperadament que la cromatina dels cromosomes metafàsics forma plaques multilaminars. Aquest descobriment va conduir a la proposició del model de les làmines primes, on es considera que els  cromosomes estan formats per moltes capes apilades de cromatina orientades perpendicularment respecte a l'eix del cromosoma. Recentment s'ha demostrat que aquesta organització pot justificar la forma cilíndrica allargada i les propietats mecàniques dels cromosomes.
 
Imatges obtingudes en molts laboratoris, fent servir diverses tècniques citogenètiques, han estat utilitzades pel Dr. Daban per investigar l'estructura interna dels cromosomes. S'ha mesurat l'angle d'orientació de les bandes G i R respecte a l'eix del cromosoma; els valors de les mitjanes obtinguts per aquest angle estan entre 88^o i 91^o. Inclús s'observa aquesta orientació ortogonal en les bandes més primes. Les sub-bandes produïdes per divisió mecànica de les bandes originals, i les bandes primes de replicació, també són perpendiculars a l'eix del cromosoma. Aquests resultats indiquen que, en tres dimensions, les bandes són estructures discoïdals que poden ser molt primes, i que seqüències molt curtes de DNA poden ocupar completament la secció del cromosoma. A més, quan hi ha intercanvi de cromàtides germanes, les superfícies de connexió resultants són planes i l’angle d’orientació observat per aquestes superfícies és aproximadament 90^o. Les superfícies de connexió observades en translocacions cromosòmiques que es produeixen en diversos carcinomes i neoplàsies hematològiques són també planes; els valors de les mitjanes de l’angle d'orientació d’aquestes superfícies en translocacions analitzades mitjançant tècniques multicolor (SKY i M-FISH) estan entre 90^o i 92^o.
 
Totes aquestes observacions imposen restriccions geomètriques que cal considerar per a  la validació de models d'organització de la cromatina en els cromosomes metafàsics. Els models basats en llaçades o xarxes irregulars de cromatina no són compatibles amb aquestes observacions. L’orientació ortogonal i la geometria plana de les superfícies de connexió de les translocacions s'explica fàcilment si els cromosomes estan formats per capes primes de cromatina apilades. Aquest model multilaminar també és compatible amb l’orientació ortogonal de les bandes, amb l'existència de bandes primes i amb la divisió de bandes produïda per estirament dels cromosomes.
 
Aquest treball ha establert un pont entre la biologia estructural i citogenètica. Els resultats d'aquesta recerca són útils per a la comprensió de l'organització tridimensional del DNA en el cromosoma i dels fonaments estructurals que possibiliten els mètodes citogenètics que s'utilitzen per al diagnòstic de malalties hereditàries i càncers. El treball ha estat publicat a la revista multidisciplinària Scientific Reports del Nature Publishing Group.
 
Article científic:
Joan-Ramon Daban (2015) Stacked thin layers of metaphase chromatin explain the geometry of chromosome rearrangements and banding. Scientific Reports 5:14891 www.nature.com/articles/srep14891.

Figura:
Relació directa entre la forma de les translocacions en cèl·lules canceroses i l'estructura multilaminar dels cromosomes. Les imatges multicolor SKY de diverses translocacions que impliquen els cromosomes 1, 3, 5, 10, 16 i 20 de la línia cel·lular T47D de càncer de mama s’han obtingut de NCI-60 Drug Discovery Panel (http://home.ncifcrf.gov/CCR/60SKY/new/demo1.asp).