La secuenciación de células intactas revela una nueva visión de la estructura del genoma

Pasando por los cambios: el método ha registrado los cambios en la organización del genoma a medida que un cigoto de ratón unicelular (izquierda) se transformaba en un embrión de cuatro células (derecha).

POR CHLOE WILLIAMS

Fuente: Spectrum | 22/04/2021

Fotografía: Spectrum

Una nueva técnica permite a los investigadores secuenciar el ADN de una célula intacta, proporcionando una visión única de la organización del genoma dentro del núcleo.

Esta técnica podría ayudar a los investigadores a comprender mejor cómo la estructura del genoma está implicada en enfermedades como el autismo.

Para secuenciar el ADN, los investigadores suelen tener que triturar primero las células y los núcleos, lo que les impide ver cómo está organizado ese ADN. Pueden obtener una instantánea de la disposición espacial del genoma marcando secuencias específicas con sondas fluorescentes, o reconstruirla secuenciando el ADN que está empaquetado en un lugar cercano. Pero estos enfoques sólo pueden detectar secuencias conocidas u ofrecer una visión indirecta de todo el genoma.

Con la nueva técnica, denominada "secuenciación del genoma in situ", los investigadores pueden secuenciar y visualizar simultáneamente hasta miles de tramos de ADN dentro de las células. "Ahora podemos mirar una imagen al microscopio y decir: 'Esta secuencia de ADN estaba aquí'", dice Fei Chen, profesor adjunto de biología de células madre y regenerativa de la Universidad de Harvard, que codirigió el trabajo.

Los investigadores utilizan primero una enzima para dividir el genoma en fragmentos manteniéndolos en su posición original. A continuación, etiquetan cada fragmento con un código de barras de ADN único y hacen múltiples copias de las secuencias etiquetadas.

A continuación, el equipo une a los códigos de barras una serie de sondas codificadas por colores que se unen a una letra de ADN diferente. Utilizan un microscopio para registrar el orden en que se añaden los colores, revelando así la secuencia de cada código de barras y su posición dentro de una célula. A continuación, rompen las células y utilizan técnicas convencionales para secuenciar los códigos de barras junto con sus fragmentos de genoma adjuntos. Al cotejar los códigos de barras de ambas rondas de secuenciación, los investigadores pueden asignar cada fragmento del genoma a su ubicación en una célula.

Ver secuencias

Los investigadores probaron la técnica en fibroblastos humanos, o células de la piel, y embriones de ratón. Alinearon fragmentos de ADN, o "lecturas", con un genoma de referencia, los asignaron a cromosomas y trazaron su disposición dentro del núcleo. En las células humanas, también trazaron las posiciones de los segmentos repetidos de ADN, que constituyen aproximadamente la mitad del genoma y son difíciles de cartografiar con las técnicas actuales.

El equipo fue capaz de localizar y secuenciar cientos de fragmentos de ADN en células individuales de la piel y miles en células de embriones de ratón, según informaron en febrero en Science.

La asignación de lecturas a los cromosomas también reveló las regiones nucleares que ocupan: los cromosomas más pequeños tendían a situarse en el centro del núcleo, mientras que los cromosomas más grandes estaban más cerca de los lados, lo que coincide con investigaciones anteriores. Del mismo modo, ciertos tipos de ADN repetitivo tenían más probabilidades de encontrarse cerca del centro del núcleo, y otros tipos se agrupaban cerca del borde.

En los embriones de ratón, el equipo identificó los cromosomas maternos y paternos localizando los lugares en los que un solo par de bases de ADN difería entre los padres. A continuación, trazaron los cambios en la organización del genoma poco después de la fecundación, cuando un cigoto unicelular se transformaba en un embrión de cuatro células.

En la fase unicelular, los cromosomas paternos y maternos se segregan en regiones distintas del núcleo, informaron los investigadores. Sin embargo, a medida que los embriones alcanzan las fases de dos y cuatro células, los cromosomas de ambos progenitores se entremezclan cada vez más, lo que coincide con los resultados de estudios anteriores.

El análisis de la disposición de los cromosomas también reveló que su organización es similar entre las células del mismo embrión de dos y cuatro células. Esta consistencia sugiere que las células pueden transmitir una memoria epigenética de su organización a medida que se dividen.

El método podría ayudar a los científicos a estudiar cómo la estructura del ADN se relaciona con la regulación de los genes y el estado de las células, dicen los investigadores. Dicen que el siguiente paso es mejorar la resolución de la técnica combinándola con un método que expanda el tejido manteniendo su organización intacta.

https://www.spectrumnews.org/news/toolbox/intact-cell-sequencing-lays-bare-new-view-of-genome-structure/