Información

¿Por qué es importante estudiar la cromatina para comprender el cáncer?

¿Por qué es importante estudiar la cromatina para comprender el cáncer?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Muchos laboratorios y muchos proyectos en institutos de biología y departamentos universitarios han comenzado a estudiar la cromatina. Los estados de cromatina, las interacciones de la cromatina, los bucles de cromatina, los comportamientos de la cromatina, etc. parecen haberse convertido en la nueva prioridad de los científicos del cáncer.

Soy nuevo en este campo, así que hay muchas cosas que todavía tengo que entender sobre la cromatina y su relación con el cáncer. Estas preguntas simplemente fluyeron en mi mente:

¿Cuál es la relación entre cromatina y cáncer?

En la investigación del cáncer, ¿Por qué es tan importante estudiar la cromatina y cómo se forman los bucles de cromatina?

¿Qué les gustaría descubrir a los científicos sobre la cromatina? cuando lo investigan?


La mayoría de los cánceres implican, además de cambios genéticos, toda una serie de cambios epigenéticos que orquestan cambios en los perfiles transcripcionales. Además, múltiples modificadores epigenéticos (por ejemplo, EZH2) se asocian con peores pronósticos. También está el hecho de que la maquinaria de modificación de la cromatina está muy mutada en los cánceres; los ejemplos incluyen EP300, una histona acetiltransferasa, y miembros del complejo de remodelación de nucleosomas SWI / SNF. El estudio de los factores epigenéticos necesarios para la transcripción continua de oncogenes como Myc también ha llevado a la formulación de posibles estrategias terapéuticas (consulte parte de la literatura sobre la inhibición de Brd4 para silenciar a Myc en ciertos entornos).


Epigenética, arquitectura de cromatina y un mecanismo de judo para atacar el cáncer

La epigenética es el estudio de cómo la información genética depende del contexto: está organizada para que pueda ser reprimida, pero también leída, reparada y replicada. Por ejemplo, los factores de transcripción pueden "comunicarse" entre sí a través de la interfaz cromatina-ADN y trabajar en combinaciones para regular qué genes se expresan. En muchos tipos de cáncer, los factores de transcripción pueden impulsar redes de expresión genética alteradas.

Los factores de transcripción no se unen a las "superficies planas", sino a las colinas y valles del paisaje epigenético. Pero, ¿cómo están estructurados estos cerros y valles?

La cromatina es el material que empaqueta el ADN en los organismos superiores, y la unidad más básica de la cromatina se llama "nucleosoma", que se comporta como un carrete alrededor del cual se envuelve el hilo (ADN). Estas partículas de nucleosoma-ADN forman las estructuras básicas que se ensamblan en cromosomas dentro de nuestras células. La accesibilidad de nuestro ADN está influenciada por la ocupación, el espaciamiento y la posición de los nucleosomas.

Curiosamente, el "carrete" [nucleosoma] tiene colas de proteínas (histonas) que se pueden modificar (marcar), y existe una creciente evidencia de que esto, además de la accesibilidad del ADN, puede instruir cambios epigenéticos.

Una modificación de los nucleosomas llamada acetilación está altamente asociada con estados de cromatina más abiertos, donde el ADN es más accesible y se puede leer más fácilmente. La acetilación de la cromatina cambia a medida que se activan y reprimen diferentes genes.

Los investigadores interesados ​​en la accesibilidad del ADN suelen investigar cómo y por qué la cromatina se acetila y desacetila.

Uno de los investigadores que investiga las relaciones entre la estructura de la cromatina, la acetilación y la transcripción es Ben Stanton, PhD, investigador principal del Centro de Cáncer Infantil y Enfermedades de la Sangre en el Instituto de Investigación Abigail Wexner del Hospital Nacional de Niños.

"Es importante recordar que, si bien el código genético es esencialmente lineal, el ADN está empaquetado en un paisaje de cromatina tridimensional", dice el Dr. Stanton. "Nos ha motivado mucho entender cómo se integran las marcas de histonas y la arquitectura del genoma, y ​​el grado en que esta interacción tiene efectos a nivel de red en la expresión génica".

MEDICIÓN DE LA ARQUITECTURA DE CROMATINA

Los investigadores han estado trabajando para medir la arquitectura de la cromatina durante las últimas dos décadas: en 2002, Job Dekker, PhD, y sus colegas informaron sobre un método basado en PCR para definir las interacciones de la cromatina (3C). En 2009, Erez Lieberman-Aiden, PhD, y sus colegas informaron sobre la secuenciación del genoma 3D (Hi-C) y refinaron el método con nuevos conocimientos en 2014. En 2016, Howard Chang, MD, PhD, Will Greenleaf, PhD y colaboradores publicó un método de secuenciación del genoma 3D centrado en proteínas (HiChIP).

Estos enfoques permitieron definir las interacciones de la cromatina, la base de la arquitectura, pero sigue siendo un desafío abordar una pregunta central: ¿Es la estructura de la cromatina en una célula cancerosa diferente a una célula sana?

Para abordar esta pregunta, el Dr. Stanton, en colaboración con Berkley Gryder, PhD y Javed Khan, MD, ambos en el Instituto Nacional del Cáncer, desarrolló un método de comparación absoluta para las interacciones de la cromatina utilizando bucles de cromatina de "pico" de otro organismo. que se pueden secuenciar juntos.

El método se llama AQuA (Cuantificación absoluta de la arquitectura de cromatina) -HiChIP. Y ya ha sido útil para definir la arquitectura de acetilación de cromatina en rabdomiosarcoma, como se publicó en Genética de la naturaleza.

Con el método AQuA-HiChIP, se procesan proporciones definidas de núcleos fijos de ratón y humanos dentro del mismo experimento, lo que permite un control interno de las interacciones de la cromatina. Las etiquetas de secuenciación de extremos emparejados asociadas con interacciones a través de la "cromatina que interactúa" del genoma humano se normalizan a interacciones dentro del genoma del ratón.

Para mostrar cómo AQuA-HiChIP puede ayudar a los investigadores a comprender mejor los cambios en la arquitectura de la cromatina en contexto, el Dr. Stanton y sus colegas investigaron cómo la acetilación de histonas se asocia con la alteración de la arquitectura de la cromatina en el rabdomiosarcoma: las interacciones de la cromatina se alteraron con los inhibidores de HDAC y el tumor las células perdieron la capacidad de proliferar.

DESCRIBIENDO LA EFICACIA DEL INHIBIDOR DE HDAC

Los inhibidores de histona desacetilasa (HDAC) son una clase de fármacos que pueden aumentar la acetilación de la cromatina en escalas de tiempo cortas, pero pueden provocar una pérdida grave de acetilación en escalas de tiempo más largas. Se ha demostrado que son útiles en el tratamiento de cánceres en estudios clínicos y preclínicos.

“Descubrimos que los factores de transcripción reguladores centrales son esenciales para el tumor. Necesitan ciertos patrones de accesibilidad al ADN para que el cáncer continúe. La acetilación de cromatina se asocia con una mayor accesibilidad al ADN y puede ajustar los sitios de unión para estos factores de transcripción ”, dice el Dr. Stanton.

Los inhibidores de HDAC empujan a la célula al "modo de hiperacetilación" en escalas de tiempo cortas, cambiando la arquitectura de la cromatina.

"Los inhibidores de HDAC pueden ser bastante tóxicos para los cánceres", dice el Dr. Stanton. “Operan a través de este 'mecanismo de judo', utilizando el impulso de la cromatina para intoxicar la célula. Los inhibidores de HDAC empujan a las células tumorales cada vez más en la dirección de acetilación, lo que eventualmente provoca una pérdida de la capacidad de la célula para regular su propia expresión genética ".

AVANZANDO CON AQUA

En el futuro, el Dr. Stanton y sus colegas planean la aplicación continua de AQuA-HiChIP a preguntas centrales relacionadas con el control de la transcripción, la accesibilidad y la memoria epigenética específica de tejido.

Según el Dr. Stanton, la naturaleza cuantitativa de los datos producidos a través del método permite comparaciones específicas de la interactividad de la cromatina, no limitadas a la interactividad de clasificación de rango, para comparar entre condiciones experimentales.

“Más que cualquier otra cosa, quiero que esta técnica se aplique a otros sistemas y sea útil para la comunidad en general. Tengo la esperanza de que este enfoque de aumento permitirá conocer ampliamente las características arquitectónicas de las enfermedades humanas ”, dice el Dr. Stanton. “Hay mucha ciencia básica muy interesante por hacer en la investigación del cáncer infantil. Aumentar nuestra comprensión fundamental de la memoria epigenética de la arquitectura puede conducir a nuevos conocimientos ".


Artículo de REVISIÓN SISTEMÁTICA

  • 1 Laboratorio Estatal Clave de Biocatálisis e Ingeniería Enzimática, Centro de Tecnología Microbiana Ambiental de Hubei, Facultad de Ciencias de la Vida, Universidad de Hubei, Wuhan, China
  • 2 Facultad de Biomedicina y Salud, Universidad Agrícola de Huazhong, Wuhan, China

Las células cancerosas reprograman el metabolismo de la glucosa para satisfacer sus necesidades de proliferación maligna y la supervivencia en una variedad de condiciones de estrés. El reprograma metabólico prominente es la glucólisis aeróbica, que puede ayudar a las células a acumular precursores para la biosíntesis de macromoléculas. Además de la glucólisis, estudios recientes muestran que la gluconeogénesis y el ciclo de TCA juegan un papel importante en la tumorigénesis. Aquí, proporcionamos una revisión completa sobre el papel de la glucólisis, la gluconeogénesis y el ciclo de TCA en la tumorigénesis con énfasis en revelar las funciones novedosas de las enzimas y metabolitos relevantes. Estas funciones incluyen la regulación del metabolismo celular, la expresión génica, la apoptosis celular y la autofagia. También resumimos el efecto del metabolismo de la glucosa sobre las modificaciones de la cromatina y cómo esta relación conduce al desarrollo del cáncer. Comprender el vínculo entre el metabolismo de las células cancerosas y las modificaciones de la cromatina ayudará a desarrollar tratamientos contra el cáncer más efectivos.


Desregulación de la cromatina potenciadora en el cáncer

Los potenciadores son elementos de ADN no codificantes que desempeñan un papel esencial en la regulación transcripcional al conferir patrones de expresión génica específicos de tejido (Smith y Shilatifard 2014). Aunque los potenciadores se han estudiado intensamente durante varias décadas, su modo de acción preciso no se comprende completamente. Los potenciadores pueden actuar en rangos muy largos de ADN interviniente para activar un promotor específico (Blackwood y Kadonaga 1998 Bulger y Groudine 2011). La comunicación potenciador-promotor implica la formación de bucles de cromatina mediados por complejos de cohesina y otros trans-factores de acción (Cuylen y Haering 2010). Sin embargo, los mecanismos que restringen la actividad potenciadora a un solo promotor en presencia de múltiples opciones de promotores no están claros.

Los potenciadores llevan una estructura de cromatina única caracterizada por la presencia de 3K4me1 (Heintzman et al. 2009). Además, la histona H3K27ac distingue a los potenciadores activos de los potenciadores equilibrados (Creyghton et al. 2010). Los promotores normalmente contienen H3K4me3 implementado por los complejos tipo COMPASS Set1A / B y MLL1 / 2, mientras que MLL3 / 4 COMPASS cataliza H3K4me1 en potenciadores (Herz et al. 2012 Smith y Shilatifard 2014). La acetilación de H3K27 está mediada por las acetiltransferasas CREBBP (CBP) y EP300 (p300) (Pasini et al. 2010). Además de la actividad metilasa de H3K4me1, los complejos MLL3 / 4 también contienen la desmetilasa H3K27 KDM6A (UTX), lo que aumenta la posibilidad de que la eliminación de las marcas de metilo de H3K27 por el complejo MLL3 / 4 facilite la acetilación por CBP y p300 (Cho et al.2007 Issaeva et al. 2007 Herz et al.2012 Hu et al.2013).

Estudios recientes de todo el genoma han identificado mutaciones en genes para los reguladores de la cromatina potenciadora en el cáncer (Herz et al. 2014a). Mutaciones de las monometilasas H3K4 MLL3 y MLL4 así como su cofactor, UTX, dentro de la familia COMPASS se han identificado en una variedad de neoplasias malignas, incluyendo el meduloblastoma de cáncer cerebral pediátrico (Parsons et al.2011 Jones et al.2012 Pugh et al.2012), linfoma no Hodgkin (Morin et al.2011 Pasqualucci et al. al.2011 Lohr et al.2012) y cáncer de vejiga (Gui et al.2011). MLL4 está mutado con especial frecuencia en los linfomas no Hodgkin y, a menudo, coexiste con mutaciones en el gen de la histona acetiltransferasa. CREBBP y activando mutaciones de EZH2 (Morin et al. 2011 Okosun et al. 2014). Mutaciones de EP300 y CREBBP se ha encontrado que coexiste con UTX en el cáncer de vejiga (Gui et al. 2011). MEF2B, un factor de transcripción involucrado en el reclutamiento de CREBBP y EP300 para los sitios diana en la cromatina, está mutado con frecuencia en el linfoma no Hodgkin (Morin et al. 2011). Curiosamente, la mayoría de estas mutaciones dan como resultado cambios de un solo aminoácido en una de cuatro posiciones (K4, Y69, N81 y D83) (Morin et al.2011), y un subconjunto de estas mutaciones da como resultado un aumento de la actividad de activación transcripcional de MEF2B por pérdida de unión al correpresor CABIN1 (Ying et al. 2013) Otro factor asociado al potenciador, la proteína de unión al dominio LIM 1 (LDB1), está mutado en el meduloblastoma (Pugh et al. 2012). LDB1 participa en la formación de bucles de cromatina en ambos Drosophila y células de mamíferos y participa en la comunicación potenciador-promotor (Morcillo et al. 1997 Deng et al. 2012 Krivega et al. 2014).

Una gran cantidad de evidencia implica un mal funcionamiento del potenciador en el cáncer, y queda mucho por aprender sobre los mecanismos moleculares de este proceso (Herz et al. 2014a). Por ejemplo, ¿cómo influye en el desarrollo del cáncer la mutación en genes de factores como EP300 y CREBBP, que se cree que funcionan globalmente en la mayoría de los potenciadores? Se sabe que la comunicación inapropiada entre potenciador y promotor juega un papel en la patogenia de algunos cánceres. Por ejemplo, la translocación cromosómica clásica encontrada en el linfoma de Burkitt coloca al gen c-Myc bajo la regulación del potenciador de la cadena pesada de inmunoglobulina, lo que aumenta su expresión en las células B, lo que resulta en linfomagénesis. Estudios recientes de leucemia mieloide aguda con una translocación cromosómica cerca de los genes GATA2 y EVI1 revelaron que esta inversión permite que un potenciador de GATA2 active inapropiadamente la expresión de EVI1 (Groschel et al. 2014 Yamazaki et al. 2014). Esto plantea la posibilidad de que la mutación en genes para factores asociados a potenciadores pueda conducir a una restricción potenciadora-promotora defectuosa, lo que quizás permita la activación promiscua de productos génicos oncogénicos (Herz et al. 2014a).


INTERACCIÓN ENHANCER-PROMOTER: UN CONDUCTOR O PASAJERO PARA LA ACTIVACIÓN GENÉTICA EN EL CÁNCER

Muchas observaciones han indicado que el contacto físico del potenciador-promotor cambia concomitantemente con la transcripción. Por ejemplo, durante la diferenciación eritroide de ratón, las interacciones potenciador-promotor se establecieron de forma concomitante con la regulación positiva progresiva de la actividad génica (38). Sin embargo, si la interacción potenciador-promotor es un impulsor o simplemente un pasajero para la transcripción activa es una cuestión clave en la investigación de potenciadores. Hay pruebas considerables que apoyan la primera noción. Estudios pioneros del laboratorio de Blobel demostraron que la unión forzada del potenciador al promotor de β-globina mediante un dedo de zinc artificial es suficiente para activar la transcripción de β-globina en eritroblastos incluso en ausencia del activador transcripcional GATA1 (39). Además, el bucle de cromatina forzado puede incluso reactivar genes de globina fetal silenciados en células eritroides adultas (40). Su laboratorio examinó más a fondo su mecanismo subyacente y encontró que las interacciones potenciador-promotor forzadas condujeron a una mayor fracción de estallido transcripcional (más eventos por marco de tiempo) pero no a un mayor tamaño de estallido (más moléculas de ARN por evento transcripcional) (41) (Figura 1A), proporcionando conocimientos mecanicistas sobre cómo las interacciones potenciador-promotor activan la transcripción de genes. Además, también se han desarrollado nuevos enfoques para el bucle potenciador-promotor forzado utilizando dCas9 (42, 43). Sin embargo, estos enfoques para inducir el bucle de cromatina requieren un tiempo relativamente largo, lo que dificulta la investigación de la dinámica del bucle de cromatina y sus efectos sobre la activación transcripcional. Recientemente, se desarrolló un sistema de bucle dinámico activado por luz (LADL) para interacciones inducibles de largo alcance en respuesta a la luz azul (44). El ancla LADL se forma fusionando la proteína arquitectónica CIB1 y dCas9. El plásmido gRNA contiene dos funciones: (i) producir los gRNA para guiar las anclas LADL a los dos loci objetivo y (ii) producir proteína CRY2 para heterodimerizar CIBN en respuesta a la luz azul y así unir las dos anclas para formar el bucle de cromatina. Este poderoso enfoque optogenético ha permitido una ingeniería de bucle de cromatina más rápida y reversible en comparación con los enfoques anteriores y se puede aprovechar para controlar el recableado potenciador-promotor con precisión temporal. En conjunto, mediante el uso de estas herramientas, es posible manipular el bucle potenciador-promotor para investigar sus roles en la regulación y funciones de la transcripción en las células cancerosas (Figura 1B).

Manipulación de interacciones potenciador-promotor en cáncer. (A) Modelos esquemáticos de cómo se puede modular la ráfaga transcripcional durante la transcripción activa. (B) Un ejemplo hipotético del uso de tecnología de bucle dinámico activado por luz (LADL) para lograr la manipulación optogenética de la interacción potenciador-promotor de un gen supresor de tumores (TSG) en una célula cancerosa: los RNA guía (gRNA) permiten la localización de la proteína de fusión ( dCas9-CIBN) en el potenciador y promotor objetivo. Tras la estimulación con luz azul, la proteína CRY2 heterodimeriza el CIBN y yuxtapone el potenciador y el promotor para formar el bucle de cromatina e inducir la activación de la transcripción en las células cancerosas.

Manipulación de interacciones potenciador-promotor en cáncer. (A) Modelos esquemáticos de cómo se puede modular la ráfaga transcripcional durante la transcripción activa. (B) Un ejemplo hipotético del uso de tecnología de bucle dinámico activado por luz (LADL) para lograr la manipulación optogenética de la interacción potenciador-promotor de un gen supresor de tumores (TSG) en una célula cancerosa: los RNA guía (gRNA) permiten la localización de la proteína de fusión ( dCas9-CIBN) en el potenciador y promotor objetivo. Tras la estimulación con luz azul, la proteína CRY2 heterodimeriza el CIBN y yuxtapone el potenciador y el promotor para formar el bucle de cromatina e inducir la activación de la transcripción en las células cancerosas.

En comparación con las interacciones de la cromatina intracromosómica, las interacciones de la cromatina intercromosómica son muy controvertidas en el campo del genoma 3D. Uno de los casos más polémicos sería la interacción de la cromatina mediada por el receptor de estrógeno (ER). Por ejemplo, el laboratorio de Michael Rosenfeld y el laboratorio de Xiang-Dong Fu informaron que el estrógeno podría inducir interacciones intercromosómicas dependientes de ERα en la línea celular de cáncer de mama MCF7 (45). Por el contrario, en el mismo modelo de línea celular, mediante el análisis de interacción de cromatina con etiqueta de extremo emparejado (ChIA-PET) y ensayos de validación (3C y FISH), el laboratorio de Yijun Ruan descubrió que las interacciones intracromosómicas unidas a ERα son auténticas, mientras que las supuestas interacciones intercromosómicas son en su mayoría falsos positivos. Tales hallazgos equívocos han llevado a que las interacciones intercromosómicas se consideren ruido y se filtren durante el procesamiento de datos de secuenciación en la mayoría de los casos de análisis del genoma 3D.

Sin embargo, un creciente cuerpo de evidencia también sugiere la existencia de interacciones intercromosómicas y sus roles en la regulación genética fisiológica o patológica (46). Un ejemplo proviene del laboratorio de Stavros Lomvardas, que demostró que se establecieron interacciones intercromosómicas extensas durante la diferenciación de neuronas sensoriales olfativas (OSN). Su laboratorio mostró que los superpotenciadores multicromosómicos se acercan y forman un centro regulador con un fuerte enriquecimiento del factor de transcripción LHX2 y la proteína adaptadora LDB1 para interactuar con los promotores del gen del receptor olfatorio (OR). El knockout de LHX2 o LDB1 condujo a interacciones intercromosómicas dramáticamente interrumpidas y disminuyó la transcripción de O genes, lo que sugiere las funciones esenciales de las interacciones intercromosómicas en la regulación transcripcional del sistema olfativo (47). Actualmente, las interacciones intercromosómicas todavía están mucho menos estudiadas en comparación con las interacciones intracromosómicas. Los esfuerzos futuros para examinar los paisajes y las funciones de las interacciones intercromosómicas en diversas células cancerosas normales y humanas podrían desentrañar si se trata de fenómenos raros o características comunes de los cromosomas humanos al dictar la transcripción celular específica. Esto será particularmente relevante para comprender la regulación transcripcional durante la carcinogénesis.

Aunque hay pruebas contundentes que han revelado que la proximidad de potenciadores y promotores puede ser un impulsor de la transcripción, en algunos casos, la interacción potenciador-promotor por sí sola podría no ser suficiente para impulsar la transcripción. En un estudio reciente que realizó el enfoque Capture-C en más de 60 loci para probar el impacto de los inhibidores de BET en las interacciones potenciador-promotor y el cambio transcripcional en una línea celular de leucemia linfoblástica aguda, los autores encontraron que la inhibición de BET tiene un fuerte efecto sobre la transcripción pero potenciador –Las interacciones de los promotores no se interrumpieron (48). Además, tras el tratamiento con glucocorticoides, el receptor de glucocorticoides (GR) no reorganizó el bucle de cromatina, sino que se unió a los sitios con interacciones potenciador-promotor preestablecidas y transcripción génica modulada (49). Estos estudios sugirieron que la contribución de la interacción potenciador-promotor a la activación de la transcripción no es uniforme y depende del contexto de la cromatina.

Además, la expresión génica modulada por potenciadores podría no necesitar contacto directo con los promotores. Por ejemplo, rs9349379 es un SNP causal de cinco enfermedades vasculares por modulación de EDN1 expresión (50). rs9349379 reside en un potenciador a unos 600 kb de distancia de END1 gen y modula la actividad potenciadora marcada por H3K27ac. Solo contacto mínimo de rs9349379 y EDN1 Se detectó el promotor, lo que indica que el efecto de rs9349379 en EDN1 la expresión génica no se produce a través de la interacción potenciador-promotor tradicional. Curiosamente, ambos sitios tienen una fuerte interacción con un potenciador común a unos 300 kb de cada sitio. Se necesita más trabajo para desentrañar si rs9349379 puede modular indirectamente la interacción EDN1 a través de este sitio común (50). Además, en el ratón ESC, el potenciador esencial para Sox2 La activación no tiene una proximidad espacial mejorada a Sox2 promotor (51). Además, el laboratorio de Wendy Bickmore reveló que para la activación impulsada por el potenciador del gen Sonic hedgehog (Shh) en ESC de ratón, el potenciador tiene una yuxtaposición disminuida con Shh promotor (52). Aunque no se puede excluir que la existencia de comunicaciones potenciador-promotor sea demasiado transitoria y no pueda ser captada por las técnicas actuales, estos estudios sugieren que la función de potenciadores en la regulación de la transcripción podría no sólo estar mediada por un simple bucle potenciador-promotor.


La cromatina cambia rápidamente en respuesta al bajo nivel de oxígeno, encuentra un estudio

La investigación de la profesora Sonia Rocha y su equipo en el Instituto de Biología Integrativa revela nuevos conocimientos sobre cómo las células responden a la falta de oxígeno.

Publicado en la prestigiosa revista Ciencias, Los investigadores encontraron que la cromatina, el complejo de ADN y proteínas donde residen todos los genes, cambia rápidamente en respuesta a la falta de oxígeno.

El oxígeno es esencial para la vida humana. Es importante destacar que la privación de oxígeno (hipoxia) se observa en una variedad de enfermedades humanas, desde el accidente cerebrovascular hasta el cáncer.

“Comprender cómo las células perciben y responden a niveles bajos de oxígeno es clave para prevenir daños y mejorar los resultados de los pacientes. Además, también aborda una cuestión fundamental en biología sobre cómo se utiliza el oxígeno en las células ”, explica el profesor Rocha.

El equipo quería mejorar esta comprensión, con un enfoque específico en identificar los procesos más rápidos iniciados por las células cuando se enfrentan a la falta de oxígeno.

El trabajo anterior se había centrado en la activación de "factores inducibles por hipoxia" (HIF), factores de transcripción que responden a la disminución del oxígeno disponible y que son capaces de activar cientos de genes. Sin embargo, también se sabe que estas respuestas tardan varias horas en montarse.

Para investigar procesos más rápidos, el equipo buscó cambios moleculares específicos después de breves períodos de hipoxia en células humanas. Identificaron que la cromatina cambia rápidamente en respuesta a niveles bajos de oxígeno y que estos cambios son necesarios para la respuesta de la célula a niveles bajos de oxígeno varias horas después. Continuaron demostrando que el mecanismo por el cual cambia la cromatina es mediante la inhibición de una clase de enzimas que requieren oxígeno para su actividad. Estos hallazgos completamente inesperados demuestran por primera vez que los cambios en la cromatina preceden a la activación de la expresión génica en respuesta a la disminución del oxígeno.

El profesor Rocha agrega: "Estas enzimas están presentes en una variedad de organismos y preceden en términos evolutivos a los HIF, lo que sugiere un mecanismo antiguo para detectar y responder a alteraciones en la disponibilidad de oxígeno. También sugiere que dirigirse a estas enzimas dependientes de oxígeno podría ser una ruta válida para futuras terapias con medicamentos ".

El apoyo financiero para el trabajo se recibió de Cancer Research UK, Wellcome Trust, Medical Research Council, Tenovus Scotland y la Universidad de Liverpool.


La fuerza mecánica desencadena la expresión génica al estirar la cromatina

La forma en que los genes de nuestro ADN se expresan en rasgos dentro de una célula es un misterio complicado con muchos jugadores, los principales sospechosos son los químicos. Sin embargo, un nuevo estudio realizado por investigadores y colaboradores de la Universidad de Illinois en China ha demostrado que la fuerza mecánica externa puede regular directamente la expresión génica. El estudio también identificó la vía que transmite la fuerza desde el exterior de la célula al núcleo.

Identificar las formas en que las fuerzas mecánicas envían señales dentro de las células tiene aplicaciones no solo en la biología celular fundamental, sino también en el cáncer, las células madre y la medicina regenerativa, dijo el profesor de ingeniería y ciencia mecánica Ning Wang, quien dirigió el estudio con el profesor de biología celular y del desarrollo Andrew Belmont. . Los investigadores publicaron su trabajo en la revista Materiales de la naturaleza.

"Cada célula de su cuerpo tiene el mismo ADN, pero los tejidos se comportan de manera muy diferente porque los genes se expresan de manera diferente", dijo Wang. "Hay tanto que no sabemos sobre la expresión genética. Creo que este trabajo es el comienzo para desentrañar algunas de las incógnitas".

Los investigadores saben desde hace mucho tiempo que las fuerzas, tanto externas como internas, pueden afectar el comportamiento celular. Pero surgía la pregunta de si las propias fuerzas desencadenaban cambios en la expresión génica o si las fuerzas desencadenaban una vía de señalización química dentro de la célula.

"Las células solo tienen dos 'sentidos' para interactuar con su entorno", dijo Wang. "No pueden ver ni oír, pero pueden 'sentir' fuerzas mecánicas y 'saborear' señales químicas. Muchos estudios han detallado las vías de señalización química, pero es importante comprender cómo las fuerzas mecánicas afectan también a la célula. La señalización mecánica es tan importante como señalización química, y este estudio muestra que es una vía directa ".

Los investigadores pegaron pequeñas perlas magnéticas a proteínas adheridas a las membranas externas de las células de hámster. Pudieron cambiar la dirección y el ángulo de la fuerza que ejercían las perlas mientras mantenían una magnitud constante de la fuerza, y encontraron que la fuerza externa causaba directamente que las regiones de cromatina en el núcleo se estiraran. La cromatina es la mezcla de proteínas y ADN condensado que forma los cromosomas. Usando técnicas de imagen avanzadas, los investigadores encontraron un aumento en la transcripción de los genes en las regiones estiradas.

"El trabajo que se remonta a décadas atrás ha correlacionado la descondensación de los cromosomas con el aumento de la expresión génica, pero ha sido extremadamente difícil distinguir la causa y el efecto", dijo Belmont. "¿La actividad de los genes hace que la cromatina se descondense, o la descondensación en realidad impulsa el aumento de la expresión génica? Aquí, vimos que el estiramiento de la cromatina impulsa directamente el aumento de la expresión génica, lo que proporciona un mecanismo de base mecánica para que las células perciban su entorno".

El grado de estiramiento y, por lo tanto, la expresión génica variaba según la dirección de la fuerza en relación con el citoesqueleto de la célula, la estructura interna de los tubos de proteína que sostiene la célula.

"La actina en el citoesqueleto forma haces. Cuando la fuerza es perpendicular a los haces, es como tocar las cuerdas de un violín", dijo Wang. "Es increíblemente tenso y la señal se transfiere a través del citoesqueleto al núcleo y estira la cromatina. Haciéndolo al revés, a lo largo de la dirección de la cuerda, no hay mucha vibración, por lo que una fuerza de la misma magnitud tiene menos efecto. El efecto se hace más fuerte cuanto más se acerca el ángulo a 90 grados ".

Los investigadores pudieron seguir la fuerza e identificar la vía que viaja a lo largo del citoesqueleto hasta la cromatina en el núcleo. Conocer la vía es importante, dijo Wang, porque los investigadores ahora pueden explorar la señalización mecánica con más detalle y quizás desarrollar formas de aprovecharla para la regulación genética o identificar objetivos para terapias contra el cáncer.

Por ejemplo, el grupo de Wang ha publicado varios estudios que detallan las propiedades mecánicas únicas de las células repobladoras de tumores: células cancerosas que evaden las terapias farmacológicas estándar y tienden a escaparse para hacer metástasis en nuevas ubicaciones. Espera que este estudio abra nuevas vías de ataque para inhabilitar las células repobladoras de tumores con menos efectos secundarios que los tratamientos tradicionales contra el cáncer.

Ahora que han detallado cómo las fuerzas afectan el estiramiento de la cromatina, los investigadores están comenzando a observar cómo las fuerzas afectan la compresión de la cromatina y qué significa eso para la expresión génica. También están investigando otros factores que regulan la expresión génica cuando se estira la cromatina.

"Cuando aplicamos estas fuerzas, ¿por qué algunos genes se activan y otros no? Creemos que hay factores que inhiben, por lo que algunos genes no están listos para ser activados por la fuerza", dijo Wang.


¿Por qué es importante estudiar la cromatina para comprender el cáncer? - biología

Los médicos y científicos realizan estudios de investigación para encontrar mejores formas de prevenir y tratar el cáncer. Dependiendo de las preguntas que quieran responder, los investigadores pueden diseñar estos estudios de diferentes formas. Ningún diseño de estudio es perfecto. Cada uno tiene fortalezas e inconvenientes. Es importante comprender el diseño de un estudio. Al hacer esto, puede comprender los resultados para saber si se aplican a su situación.

En la investigación del cáncer, hay 2 tipos principales de estudios de investigación:

Estudios experimentales. Este tipo de estudio proporciona una intervención, como un nuevo tratamiento. La intervención se da a un grupo de personas. Luego, los investigadores comparan sus resultados con los de otro grupo que no recibe la intervención. Este otro grupo se conoce como grupo de control. Los investigadores eligen quién recibe y quién no recibe la intervención, ya sea al azar o mediante un proceso de selección. Los estudios experimentales ayudan a los investigadores a aprender más sobre cómo comienza o se propaga el cáncer. Estos estudios también pueden probar nuevas técnicas de diagnóstico por imágenes y explorar cuestiones relacionadas con la calidad de vida.

Estudios observacionales. Este tipo de estudio implica observar grupos de personas en un entorno natural y observar un resultado específico. Un resultado puede incluir si un grupo de personas tiene más diagnósticos de cáncer que otro grupo. En estos estudios, los investigadores no pueden controlar la intervención, como el peso de una persona o si tomó suplementos vitamínicos. Estos estudios a menudo se describen como epidemiológicos. La epidemiología implica estudiar cómo los diferentes riesgos causan o propagan una enfermedad en una comunidad.

Tipos de estudios experimentales

Los estudios experimentales son más fiables que los estudios observacionales. Esto se debe a que los voluntarios se colocan en el grupo de intervención o de control por casualidad. This reduces the likelihood that the assumptions or preferences of the researchers or volunteers will change the study results. Such assumptions or preferences are called bias.

This type of study also helps researchers to better find and control other factors, such as age, sex, and weight. These factors can affect the results of the study.

Researchers may also consider certain factors when choosing people to enroll in an experimental study. They could be based on type of cancer, stage of the disease, or whether the cancer has spread.

One of the most common types of experimental studies is the clinical trial. This is a research study that tests a medical intervention in people. Clinical trials test:

The effectiveness or safety of a new drug or combination of drugs

A new approach to radiation therapy or surgery

A new treatment or way to prevent cancer

Ways to lower the risk of cancer coming back

Doctors and researchers conduct clinical research in segments called phases. Each phase of a clinical trial provides different answers about the new treatment. For instance, it can show the dose, safety, and efficacy of the treatment. The efficacy is how well the treatment works. There are 4 phases of clinical trials.

In a clinical trial, volunteers are usually selected by chance to either be in the treatment or control group. Researchers can prevent bias in a clinical trial by keeping volunteers and/or themselves from knowing how the volunteers are grouped. This is a process known as “blinding.”

Types of experimental studies include:

Double-blind randomized trial. Most scientists believe this type of clinical trial will produce the best evidence in a study. Neither the volunteers nor the researchers know who belongs to a treatment or control group until the study ends.

Single-blind randomized trial. In this type of trial, the volunteers do not know whether they belong to a treatment or control group. But the researchers know.

Open/unblinded trial. Both volunteers and researchers know who belongs to each test group in this type of study. This occurs when it is not possible to use blinding. For instance, the study could compare a surgical treatment to a drug.

Types of observational studies

In observational studies, researchers have less control over the study volunteers. This means that certain factors could affect the results. These studies, however, are useful in providing initial evidence that can help guide future research.

Types of observational studies include:

Case-control studies. These types of studies compare 2 groups of people. For instance, they could compare those who have cancer (the case) and those who do not (the control). Researchers may look for lifestyle or genetic differences between the 2 groups. By doing this, they hope to find out why 1 group has a disease and the other group does not. These studies are conducted retrospectively. That is, they are researching what has already happened.

Cohort studies. These studies are prospective, which means that researchers study the event as it occurs. They monitor a group of people for a long time and track something. For example, they could track any new cancer diagnoses. This type of study can assess whether certain nutrients or actions can prevent cancer. This approach can also find cancer risk factors. For instance, cohort studies have looked at whether postmenopausal hormone replacement therapy increases the risk of breast cancer.

Case reports and case series. These studies are detailed descriptions of a patient's medical history. The individual patient descriptions are called case reports. If many patients receive a similar treatment, the case reports may be combined into a case series. The results of case series studies are descriptions of patients' histories within a specific group. As such, they should not be used to determine treatment options.

Cross-sectional studies. These studies examine how diseases interact with other factors within a specific group at a point in time. But because these studies only measure interactions at a single point in time, they cannot prove that something causes cancer.

Types of review articles

A large number of cancer research studies are published every year. Given this, it is challenging for doctors, as well as interested patients and caregivers, to keep up with the latest advances. Research studies published in journals are constantly shaping and reshaping the scientific understanding of that subject. No single study provides the final word on a topic, type of cancer, or treatment. As a result, review articles, which evaluate and summarize the findings of all published research on a certain topic, are extremely helpful.

Types of review articles include:

Systematic reviews. These articles summarize the best available research on a specific topic. Researchers use an organized method to locate, gather, and evaluate a number of research studies on a particular topic. By combining the findings of a number of studies, researchers are able to draw more reliable conclusions.

Meta-analyses. These studies combine data from several research studies on the same topic. By combining these data, a meta-analysis can find trends that are hard to see in smaller studies. But if the single studies were poorly designed, the results of the meta-analysis may not be useful.

Evaluating research studies

Here are some tips for finding out the quality of a research study:

Find out if the journal uses a peer-review process. Results from a study are more reliable if they are peer-reviewed. This means that researchers who are not a part of the study have looked over and approved the design and methods.

Look at the length of the study and the number of people involved. A study is more useful and credible if the same results occur in many people across a long time. Studies of rare types of cancer or cancers with a poor chance of getting better are an exception to this rule. This is because there are a small number of patients to study. Also, when looking at the length of the study, it may be suitable for some clinical trials to be shorter. For instance, cancer prevention trials are often much longer than treatment clinical trials. This is because it usually takes longer to figure out if a prevention strategy is working compared to a treatment.

Consider the phase of the study when learning about new treatments. Phase I and II clinical trials usually tell you more about the safety of a treatment and less about how well it works. These studies tend to have a smaller number of patients compared to phase III clinical trials. Phase III clinical trials compare a new treatment with the standard of care. “Standard of care” means the best treatments known. Doctors consider phase III clinical trials to be the most reliable.

Find out if the study supports or contradicts current research. New results are exciting, but other researchers must validate the results before the medical field accepts them as fact. Review articles like systematic reviews are of special interest. They review and draw conclusions across all of the published research on a specific topic.

Watch out for conclusions that overstate or oversimplify the results. Each study is a small piece of the research puzzle. Medical practice rarely changes because of the results of a single study.

Questions to ask your health care team

Always talk to your health care team about what you find in an abstract or study. If you have reviewed a study that suggests a different approach to cancer treatment, do not stop or change your treatment. First talk with your health care team about how the study relates to your treatment plan.

Consider asking your health care team the following questions:

I recently heard about a study that used a new treatment. Is this treatment related to my type and stage of cancer?

What type of journals should I read to learn more about my type of cancer?


Force triggers gene expression by stretching chromatin

How genes in our DNA are expressed into traits within a cell is a complicated mystery with many players, the main suspects being chemical. However, a new study by University of Illinois researchers and collaborators in China has demonstrated that external mechanical force can directly regulate gene expression. The study also identified the pathway that conveys the force from the outside of the cell into the nucleus.

Professor of Mechanical Science and Engineering Ning Wang, left, with Professor of Cell and Developmental Biology Andrew Belmont, are exploring how mechanical signaling can be used for gene regulation or to identify targets for cancer therapies.

Identifying the ways mechanical forces send signals within cells has applications not only in fundamental cell biology, but also for cancer, stem cells and regenerative medicine, said mechanical science and engineering professor Ning Wang, who led the study with cell and developmental biology professor Andrew Belmont. The researchers published their work in the journal Nature Materials.

“Each cell in your body has the same DNA, but tissues behave very differently because genes are expressed differently,” Wang, an affiliate of the Regenerative Biology & Tissue Engineering research theme, said. “There is so much we don’t know about gene expression. I think this work is the beginning to unravel some of the unknowns.”

Researchers have long known that forces, both external and internal, can affect cell behavior. But the question loomed as to whether the forces themselves triggered changes in gene expression, or if the forces triggered a chemical-signaling pathway within the cell.

“Cells only have two ‘senses’ to interact with their environment,” Wang said. “They cannot see or hear, but they can ‘feel’ mechanical forces and ‘taste’ chemical signals. Many studies have detailed chemical-signaling pathways, but it’s important to understand how the mechanical forces affect the cell as well. Mechanical signaling is as important as chemical signaling, and this study shows it’s a direct pathway.”

The researchers stuck tiny magnetic beads to proteins attached to the external membranes of hamster cells. They were able to change the direction and angle of the force the beads exerted while maintaining a consistent magnitude of the force, and found that the external force directly caused regions of chromatin in the nucleus to stretch out. Chromatin is the condensed DNA and protein mixture that makes up chromosomes. Using advanced imaging techniques, the researchers found an increase in transcription of the genes in the stretched regions.

“Work extending back decades has correlated chromosome decondensation with increased gene expression, but it has been extremely difficult to distinguish cause and effect,” faculty member of the Biosystems Design research theme Belmont said. “Does gene activity cause chromatin to decondense, or does decondensation actually drive increased gene expression? Here, we saw chromatin stretching directly drive increased gene expression, which provides a mechanically based mechanism for cells to sense their environment.”

The degree of stretching and therefore gene expression varied based on the direction of the force in relation to the cell’s cytoskeleton, the internal framework of protein tubes that supports the cell.

“The actin in the cytoskeleton forms bundles. When the force is perpendicular to the bundles, it’s like plucking violin strings,” Wang said. “It’s incredibly tense, and the signal is transferred through the cytoskeleton to the nucleus and stretches the chromatin. Doing it the other way, along the string direction, there isn’t much vibration, so a force of the same magnitude has less effect. The effect gets stronger the closer the angle gets to 90 degrees.”

The researchers were able to follow the force and identify the pathway that it travels along the cytoskeleton to the chromatin in the nucleus. Knowing the pathway is important, Wang said, because researchers can now explore mechanical signaling in more detail and perhaps develop ways to harness it for gene regulation or identify targets for cancer therapies.

For example, Wang’s group has published several studies detailing the unique mechanical properties of tumor-repopulating cells – cancer cells that evade standard drug therapies and tend to slip away to metastasize in new locations. He hopes that this study opens new avenues of attack to disable tumor-repopulating cells with fewer side effects than traditional cancer treatments.

Now that they’ve detailed how forces affect stretching of the chromatin, the researchers are beginning to look at how forces affect chromatin compression and what that means for gene expression. They are also probing further into other factors regulating gene expression when the chromatin is stretched.

“When we apply these forces, why are some genes activated while some are not? We think there are factors that inhibit, so that some genes are not ready to be force-activated,” Wang said.


Analyzing chromatin status of poised genes may provide powerful tool to predict transcription potential

Model for the prediction of gene expression potential through identifying the local chromatin states. Credit: Dr. LI Guohong’s group

In eukaryotic cells, the genomic DNA is hierarchically packaged by histones into chromatin. Chromatin structure and its plasticity play an important role in the activation and silencing of gene transcription, and determine the cell fate during differentiation and development. Therefore, it is an important issue for scientific frontier to study the chromatin status and transcription potentials of the key development genes during the cell differentiation.

Based on epigenetic markers and chromatin binding proteins, the chromatin states are divided into many different types. The poised state is defined by simultaneous presence of two opposing chromatin modifications, active trimethylation of histone3 lysine 4 (H3K4me3) and repressive trimethylation at histone 3 lysine 27 (H3K27me3). The poised state correlates strongly with pluripotency in ESCs, with the potential of rapid gene activation at the differentiation programs. However, unlike epigenetic modifications, the structural characteristic of poised chromatin remains largely unknown, nor does its correlation with gene expression potential.

En un estudio publicado en Informes de celda, a research team led by Prof. LI Guohong from Institute of Biophysics (IBP) of the Chinese Academy of Sciences (CAS) and Prof. XU Xueqing from Baoan Maternal and Child Health Hospital of Jinan University revealed the structural characteristics of poised genes, and provided a powerful tool to predict the genes' transcription potential.

Employing a mild time-course MNase-seq approach (TC-rMNase-seq), the researchers identified two distinct groups of MNase-sensitive chromatin status in mouse embryo stem (mES) cells, i.e. "active" (Region I) and "poised" (Region II) chromatin regions, which show opposing MNase-seq trends during the digestion time course. On this basis, they developed a computational method to quantify chromatin status and gene expression potential.

Using a parameter Chromatin Opening Potential Index (COPI), the researchers successfully scored the transcriptional potentials of related genes in mES cells according to the different accessibilities at their promoters.

To explore the utility of the method, they validated that the genes with high COPIs, such as Lfng, Ypel1, Scrt2 and Ildr2, are poised in mES cells, however their promoters are partially opened and are readily activated during neuron progenitor cells (NPCs) differentiation. Among them, Lfng and Scrt2 are known to function in NPCs and morphogenesis respectively.

More importantly, through COPI prediction, the researchers identified two novel factors, Ildr2 and Ypel1 also play important roles during the mouse NPC differentiation in vitro.

They proposed that COPI scores provide a powerful tool to predict and identify important novel genes involved in a variety of biological processes, including key regulators during development and differentiation, and intermediate early genes in neural and immune responses.


Ver el vídeo: CONOCES LA IMPORTANCIA DE ESTUDIAR? (Julio 2022).


Comentarios:

  1. Rodd

    Tema incomparable, es interesante para mí :)

  2. Tezahn

    Esta variante no se acerca a mí. ¿Quizás todavía hay variantes?

  3. Bohdan

    Los accesorios de teatro salen, que esto



Escribe un mensaje