“Estos ensayos nos brindan la oportunidad de comprender la dinámica de los centrómeros y cómo estas secuencias se expanden o contraen durante la evolución y/o los procesos patológicos”, afirma Rafael Contreras-Galindo, doctor, autor principal del nuevo artículo y profesor adjunto de medicina interna. “Ahora podemos comprender en qué centrómeros de cromosomas específicos se encuentran las proteínas clave del centrómero y forman los cinetocoros, que son vitales para la división celular. Con estos estudios, podemos empezar a comprender cómo la inestabilidad del ADN del centrómero podría afectar a la función del centrómero, como parece ocurrir en el síndrome de Down”.”
Aceleración del análisis genético
En un nuevo artículo publicado en Investigación genómica, los investigadores de la Universidad de Michigan describen la técnica que han desarrollado y su primera prueba. En esencia, esta técnica transforma el análisis del ADN del centrómero, que antes era una tarea larga y laboriosa, en una tarea rápida y relativamente fácil que puede acelerar la investigación sobre las enfermedades relacionadas con el centrómero.
Su enfoque se basa en el descubrimiento de patrones únicos de repetición de ADN que se encuentran en el centrómero de casi todos los cromosomas. Su nuevo catálogo de estos patrones específicos de los cromosomas permite utilizar una herramienta de secuenciación de ADN llamada reacción en cadena de la polimerasa o PCR.
Las secciones repetidas masivas de ADN que componen la mayor parte de cada centrómero han dificultado la secuenciación y el estudio de estas estructuras en el pasado, ya que los mismos tramos largos aparecen en todos los cromosomas. Por lo tanto, la mayoría de los investigadores de centrómeros han estudiado las proteínas y otras moléculas que interactúan con los centrómeros —factores denominados epigenéticos— en lugar del ADN en sí.
Sin embargo, el nuevo enfoque aprovecha pequeñas variaciones específicas de los cromosomas y las utiliza como cebadores de PCR. Esto permite a los investigadores reconocer de forma rápida y sencilla los centrómeros de casi todos los cromosomas de una célula y distinguirlos entre sí en solo media hora.
“Los centrómeros son importantes para la división celular, pero se conocen poco desde el punto de vista genético, ya que las secuencias de ADN que contienen son muy repetitivas”, afirma David Markovitz, doctor en Medicina, autor principal del nuevo artículo y profesor de medicina interna. “Con esta técnica, nosotros y otros investigadores podemos estudiar su genética y epigenética en tiempo real y de una forma muy sencilla”.”
La Universidad de Michigan ha solicitado una patente para este enfoque y actualmente está buscando socios comerciales que le ayuden a llevar esta tecnología al mercado.
Explorando la relación con el síndrome de Down
En el nuevo artículo, Contreras-Galindo, Markovitz, el profesor emérito activo de la Universidad de Michigan Mark Kaplan, M.D., y un equipo de colaboradores presentan los resultados de su comparación de centrómeros de personas con y sin síndrome de Down.
Muestran una fuerte relación entre la afección y las inestabilidades encontradas en el cromosoma 21, tanto en el centrómero como en los tramos de ADN que lo flanquean, llamados pericentrómeros. Los centrómeros y pericentrómeros inestables podrían ayudar a explicar por qué las personas con síndrome de Down heredan una copia adicional de ese cromosoma, aunque aún queda mucho trabajo por hacer para comprobar esta hipótesis.
Después de todo, como aprenden todos los estudiantes de biología, las células que se preparan para dividirse dependen de los centrómeros para ayudarles a dividir la doble cantidad de ADN que han producido y distribuirla a las dos células “hijas” que producirán. Para ello, las células desarrollan unas estructuras largas y delgadas llamadas husos, que parecen patas de araña, y se adhieren a un centrómero de cada cromosoma, que está formado por dos tramos idénticos de ADN.
Los husos se retraen a medida que la célula se divide, separando las dos mitades de un cromosoma. Si la separación no se produce correctamente debido a un problema relacionado con el centrómero, ambas mitades del cromosoma podrían desplazarse juntas a la célula “hija”.
En el nuevo estudio, las personas con síndrome de Down también diferían de las que no padecían esta afección en sus niveles de una proteína clave que se une al ADN del centrómero y ayuda a formar la estructura a la que se adhieren los husos. Las personas con síndrome de Down tenían mucha más cantidad de esa proteína unida a sus centrómeros, en comparación con las que no padecían esta afección.
Serendipia y trabajo duro
Los investigadores de la Universidad de Michigan no se propusieron estudiar los centrómeros. En un principio, querían saber más sobre el ADN viral oculto que se ha incrustado en nuestro genoma a lo largo de los siglos. Estos retrovirus endógenos humanos, o HERV, como se les denomina, nos han proporcionado secuencias de ADN que se copian y se transmiten de generación en generación.
El equipo había encontrado previamente ARN HERV desconocido en la sangre de pacientes con VIH/SIDA. Con el tiempo, descubrieron ADN HERV cerca de los bordes de la región centromérica de ciertos cromosomas, lo que condujo a una investigación centromérica innovadora. Denominaron a los virus K111 y K222. Las secuencias HERV no estaban en la base de datos del Proyecto Genoma Humano porque se encuentran en la región centromérica. Sin embargo, los investigadores y sus colegas demostraron que los mismos HERV también podían encontrarse en otros primates superiores, incluidos los chimpancés y los neandertales.
Pero mientras que estos parientes humanos tienen unas pocas copias, los seres humanos tenemos miles de copias del ADN HERV cerca de nuestros centrómeros, y en muchos de nuestros cromosomas. El K111, por ejemplo, se puede encontrar en los centrómeros de 15 cromosomas, ligeramente alterado en cada uno de ellos. Esto sugiere que, con el tiempo, los centrómeros han tenido un ’cruzamiento“ de material genético con otros cromosomas.
Utilizando las secuencias HERV como punto de referencia para estudiar el ADN del centrómero, el equipo utilizó la PCR de las denominadas secuencias alfa repetidas para analizar más a fondo casi todos los centrómeros humanos. El nuevo artículo incluye los resultados obtenidos en 23 de los 24 cromosomas humanos diferentes, incluidos el X y el Y. Solo el cromosoma 19 se ha resistido hasta ahora al desarrollo de un ensayo de PCR diagnóstico, ya que los investigadores buscan secuencias que le sean exclusivas.
