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Antigua técnica de laboratorio ayuda a los investigadores a comprender mejor el ADN circular


Una técnica de laboratorio de 50 años está ayudando a los investigadores a comprender mejor el ADN circular, un primo menos conocido y mal entendido de la versión lineal comúnmente asociada con el plano genético de la vida.

Con la ayuda de un proceso llamado centrifugación en gradiente de densidad, un equipo de investigación, que incluía a científicos de la Universidad de Texas en Dallas y la Facultad de medicina de la Universidad de Stanford, publicó recientemente un estudio que caracteriza por primera vez todo el ADN circular del gusano. C. elegansasí como en tres tipos de células humanas.

¿Qué es el ADN circular?

Las moléculas de ADN que componen los genes y los cromosomas en nuestras células son hebras en forma de cuerda, libres en ambos extremos y con forma de escalera retorcida o hélice. Ese ADN, llamado ADN cromosómico, se encuentra en el núcleo de cada célula y contiene las instrucciones genéticas necesarias para llevar a cabo las funciones biológicas.

Pero otra población de ADN, llamada ADN circular extracromosómico, tiene forma de círculo, sin cabos sueltos, y existe independientemente del ADN lineal. Si bien los investigadores están comenzando a comprender mejor cómo funciona el ADN circular en los humanos, aún se desconoce mucho. El estudio, publicado recientemente en línea en la revista G3: Genes, Genomas y Genéticaencontró que diferentes variedades de células albergan diferentes conjuntos de ADN circulares.

«Lo interesante es que diferentes tipos de células parecen tener diferentes repertorios de estos círculos, incluso dentro de la misma persona», dijo la autora principal del estudio, la Dra. Massa Shoura, becaria de investigación postdoctoral de la Fundación Beckman en Stanford que obtuvo dos doctorados de UT Dallas. «No todos son iguales: los círculos en las células de tu piel pueden ser diferentes a los de mi piel».

‘Circulome’ podría predecir enfermedades

Tanto en el gusano como en las células humanas, los investigadores observaron círculos que eran copias de regiones codificantes en el ADN cromosómico, regiones que contienen genes para producir proteínas específicas. Si bien los investigadores tienen algunas pistas sobre cómo se crea ese ADN circular, los procesos exactos no se conocen bien.

«Creemos que tienen diferentes funciones y diferentes mecanismos que los generan, pero se necesita mucho más estudio», dijo Shoura BS’08, MA’10, PhD’13, PhD’14. «Una de las cosas que estamos tratando de averiguar es si hay repertorios específicos de ADN circular, un término que acuñamos como ‘circuloma’, que son específicos de varias patologías, como el cáncer».

Por ejemplo, Shoura y sus colegas están investigando si existen marcadas diferencias entre el circuloma en el tejido sano y el tejido con cáncer de colon de la misma persona. Si es así, el ADN circular ofrece un potencial biomarcador de diagnóstico para el cáncer.

«Para establecer el ADN circular como un biomarcador de enfermedades, primero tenemos que tener un método para separar de manera confiable y limpia el ADN circular de una muestra, purificarlo, para que sepamos que lo que estamos estudiando son solo los círculos, sin otros materiales genéticos mezclados», dijo. «Ahí es donde entra en juego mi entrenamiento en UT Dallas».

Lo viejo es nuevo otra vez

Antes de unirse al laboratorio de Stanford del premio Nobel Dr. Andrew Fire en 2015, Shoura era una estudiante de posgrado que trabajaba en UT Dallas en el laboratorio del Dr. Stephen Levene, profesor Cecil H. e Ida Green en Ciencias de Biología de Sistemas. Para el estudio publicado en G3, del que Fire y Levene también fueron coautores, el equipo incorporó la experiencia de Levene y Shoura con una técnica de laboratorio de la vieja escuela llamada centrifugación de gradiente de densidad. Desarrollado hace 50 años, y ahora, según Levene, rara vez se usa, el método separa el ADN en función de la densidad.

Levene y Shoura dijeron que la técnica gira en torno a métodos de análisis más modernos.

«He estado usando esta técnica de aislamiento de ADN desde que era estudiante de posgrado y sigo pensando que es el mejor método para recuperar una muestra limpia de ADN circular», dijo Levene, profesor de bioingeniería que también está afiliado a los departamentos de biología. ciencias y física en UT Dallas.

En el proceso, el ADN se mezcla con una solución salina densa que contiene cloruro de cesio en un pequeño tubo de ensayo, junto con un colorante que se une tanto al ADN lineal como al ADN circular. El tinte se une de manera diferente a cada tipo de ADN, lo que hace que el ADN lineal sea menos denso que el ADN circular. Cuando la muestra se hace girar en una ultracentrífuga a altas velocidades, alrededor de 120 000 rpm, el ADN circular de mayor densidad se concentra en una banda cerca del fondo del tubo.

Los investigadores también sometieron sus muestras a métodos de purificación más modernos para garantizar aún más una muestra limpia de ADN circular. «Este estudio muestra claramente que el ADN circular es parte del genoma; juega un papel en el procesamiento normal del ADN», dijo Shoura. «Cuanto más lo estudiamos, estamos aprendiendo que el genoma humano es más dinámico de lo que pensábamos».

El trabajo fue financiado principalmente por los Institutos Nacionales de Salud y la Fundación Nacional de Ciencias.

Científico preparado de UTD para la carrera

La Dra. Massa Shoura le da crédito a UT Dallas por brindarle las herramientas y la experiencia para avanzar en su carrera de investigación. Obtuvo una licenciatura y una maestría en ciencias biológicas de la Facultad de Ciencias Naturales y Matemáticas, y completó doctorados en biología molecular y celular, y en bioingeniería, ambos bajo la dirección de Levene.

«Si ahora fuera un estudiante de posgrado en algún lugar además de UT Dallas, es posible que no sepa qué son los gradientes de cloruro de cesio, y no los habría usado para beneficiar mi investigación», dijo Shoura. «Todavía no hay muchos laboratorios que usen esta técnica, y los que la usan no la han optimizado para trabajar con muestras extremadamente pequeñas, como lo ha hecho el Dr. Levene.

«Lo que logré en el laboratorio de Levene fue mucho trabajo interdisciplinario en química, matemáticas, física y simulación por computadora, todo aplicado al ADN», dijo Shoura. «No soy un experto en estos campos, pero al estar un poco familiarizado con cada uno, puedo identificar mejor una herramienta o un colaborador que podría ayudar en un nuevo problema».

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