Pintura Cromosómica

8 Territorios cromosómicos

En lugar de estar dispersos por todo el núcleo, cada cromosoma ocupa un volumen distinto, llamado territorio cromosómico. Esto ha sido demostrado por la pintura de cromosomas, una técnica basada en PECES en la que el genoma se hibrida con un gran número de sondas específicas de cromosomas para permitir la visualización de cromosomas individuales dentro del núcleo. El posicionamiento radial de un cromosoma está fuertemente influenciado por su composición: los cromosomas pobres en genes tienden a ocupar posiciones más cercanas a la periferia nuclear, mientras que los cromosomas ricos en genes se localizan con mayor frecuencia hacia el interior . Esta tendencia se ilustra con los cromosomas humanos 18 y 19, que son muy similares en tamaño pero tienen una composición de secuencias muy diferente: el cromosoma 18 es pobre en genes, mientras que el 19 es rico en genes. El laboratorio de Bickmore utilizó el territorio cromosómico FISH para investigar las posiciones de los dos cromosomas en el núcleo y encontró que el cromosoma 18 se encontraba consistentemente más cerca de la periferia nuclear que el cromosoma 19 en las líneas celulares linfoblastoides y fibroblastos . El posicionamiento radial de los cromosomas en el núcleo también se encontró que era específico del tejido, con tipos de células más estrechamente relacionados que exhibían un posicionamiento cromosómico más similar . El genoma humano también contiene cinco cromosomas acrocéntricos, que contienen secuencias de ADNr, los cromosomas 13, 14, 15, 21 y 22, que generalmente se agrupan alrededor del nucléolo, el sitio de transcripción y procesamiento del ARN ribosómico.

La regla radial de posicionamiento cromosómico también influye en el posicionamiento de segmentos alternos ricos en genes y pobres en genes dentro de los cromosomas—en este caso, los segmentos ricos en genes se ubican más centralmente, mientras que las regiones pobres en genes ocupan regiones más cercanas a la periferia. Además, dentro de los territorios cromosómicos, los segmentos transcripcionalmente inactivos se encuentran internamente y los segmentos transcripcionalmente activos se encuentran en la superficie del territorio . Esta disposición permite a las regiones transcripcionalmente activas un acceso rápido a la maquinaria de transcripción y dominios ricos en factores metabólicos de ARNm, como los focos SC-35 . Sin embargo, la estructura detallada de los territorios cromosómicos aún no está clara, lo que refleja nuestra falta de conocimiento de las estructuras de cromatina que los forman.

Desde una perspectiva de estabilidad del genoma, una consecuencia importante de los patrones de posicionamiento cromosómico se relaciona con las translocaciones, la anomalía cromosómica más frecuente observada en la población humana. Está bien establecido que la proximidad física de dos cromosomas en el núcleo afecta a la probabilidad de que ocurra una translocación entre ellos (Fig. 23.3).

Figura 23.3. Las posiciones preferidas de los cromosomas en el núcleo influyen en la frecuencia de translocación.

Los cromosomas con la misma posición radial preferida en el núcleo (por ejemplo, los cromosomas 17 y 19) tienen más probabilidades de estar involucrados en translocaciones que los cromosomas con diferentes posiciones radiales (por ejemplo, los cromosomas 17 y 18).

Un análisis entre las frecuencias de diferentes translocaciones no patogénicas en la población humana y las posiciones radiales preferidas de los cromosomas en el núcleo encontró que los cromosomas con posiciones nucleares similares forman translocaciones con más frecuencia de lo esperado por casualidad . En otro estudio se pudo demostrar la proximidad cercana entre los loci BCR y ABL, implicados en la translocación t(9; 22) bien caracterizada que forma un cromosoma “Filadelfia” en la leucemia mieloide crónica. Los autores mostraron que los loci BCR y ABL estaban más cerca en los linfocitos B que en las células progenitoras hematopoyéticas, lo que indica que los aspectos específicos de tipo celular de la organización nuclear pueden contribuir a la asociación de ciertas translocaciones con tipos particulares de cáncer. En 2013, el laboratorio Misteli publicó un estudio que explora la dinámica de las roturas de doble hebra y la posterior formación de translocación en un sistema elegante: las células NIH3T3duo codifican un pequeño número de sitios de enzimas de restricción SceI integrados en diferentes cromosomas, con algunos sitios adyacentes a una matriz LacO y otros sitios vecinos a una matriz TetO. Tras la inducción de la rotura por la enzima SceI, fue posible rastrear las roturas que estaban marcadas con proteínas represoras Lac (LacR) y Tet (TetR) etiquetadas fluorescentemente; la formación de translocación se indicó por la co-localización estable y duradera de las señales LacR y TetR. Los autores pudieron demostrar que la mayoría de las translocaciones están formadas por loci que están ubicados de cerca antes de la inducción de la rotura (modelo de contacto primero), en lugar de como resultado de un movimiento de roturas de doble cadena a ubicaciones proximales (modelo de rotura primero).

Más allá de los métodos para el análisis de territorios cromosómicos, se utilizan dos métodos complementarios principales para estudiar la organización 3D del genoma a nivel de estructura de dominio de orden superior: Métodos basados en peces y métodos de captura de confirmación cromosómica . FISH se basa en la hibridación de sondas etiquetadas fluorescentemente para visualizar loci individuales, porciones definidas del genoma o cromosomas completos. Proporciona una instantánea de la estructura nuclear a nivel de una sola célula, pero las desventajas son que consume mucho tiempo y proporciona una cantidad limitada de información a baja resolución. Las técnicas de captura de conformación de cromatina (3C) se basan en “congelar” la estructura nuclear mediante interacciones de reticulación dentro del núcleo, ligando fragmentos de ADN mantenidos en proximidad por los enlaces cruzados, seguidos de PCR o secuenciación de próxima generación para identificar fragmentos de ADN híbridos, indicativos de contactos. En el extremo más sofisticado, estas técnicas teóricamente pueden identificar todas las posibles interacciones a lo largo del genoma, pero también hay desventajas. A diferencia de FISH, las técnicas 3C trabajan en poblaciones de células en lugar de a nivel de una sola célula, produciendo un promedio de población que puede reflejar una serie de configuraciones de contacto diferentes a nivel de una sola célula. A pesar de las advertencias, las metodologías 3C han sido muy influyentes en el campo de la organización del genoma 3D, contribuyendo con el concepto de dominios de asociación topológica (TADs). Los TAD se definen como regiones que miden 9 900 kb, donde los mapas de contacto muestran un aumento de las interacciones; Los estudios basados en PECES han demostrado que las sondas ubicadas dentro de un TAD están físicamente más cerca que las sondas no ubicadas dentro del mismo TAD pero separadas por una distancia genómica “lineal” similar . El genoma humano completo se divide en aproximadamente 2000 TAD que también se superponen con la distribución de las marcas de histonas y otras características genómicas, como el tiempo de replicación (descrito más adelante). Sin embargo, no son específicos del tipo de célula y la cuestión de qué nivel de organización estructural reflejan y su importancia funcional todavía está abierta a debate. Curiosamente, el patrón de frecuencia de translocación visto con territorios cromosómicos también se puede rastrear al nivel de organización TAD: un estudio realizado en células B encontró que la probabilidad de translocación entre dos loci está fuertemente relacionada con la frecuencia de contacto entre ellos, definida por mapas de contacto generados por captura de confirmación cromosómica .