El Departamento de Bioinformática y Genómica del Centro de Investigación Príncipe Felipe ha participado en el primer estudio realizado hasta el momento sobre la genómica del nucléolo, una subestructura que se encuentra dentro del núcleo de la célula, y cuya desestructuración está implicada en patologías como el cáncer o en ciertas enfermedades raras.
El estudio ha permitido identificar, mapear y caracterizar por primera vez las 109 regiones cromosómicas implicadas en la configuración de la estructura del nucléolo, en las que se han localizado un total de 1037 genes de distintos tipos. Según Joaquín Dopazo, responsable del Departamento de Bioinformática y Genómica del CIPF, “el trabajo es un primer paso para lograr en un futuro que cada vez que se detecte una alteración en esta estructura, podamos ver con precisión dónde está el problema y cuáles podrían ser sus consecuencias”.
Esta investigación supone un cambio conceptual en el abordaje de ciertas patologías, ya que en lugar de centrarse en los genes que se están expresando, se introduce en la estructura del ADN y analiza cómo se relacionan los genes entre ellos, y cómo se sitúan dentro del genoma. La investigadora del CIPF Ana Conesa apunta que el estudio “se ha basado un análisis de la organización tridimensional y de la arquitectura nucleolar, con la localización de las zonas genómicas asociadas al nucléolo y la caracterización funcional de las mismas, todo ello desde un punto de vista computacional”.
El trabajo se ha publicado en la revista PLoS Genetics, y se ha realizado en colaboración con las universidades alemanas de Regensburg y de Ludwig-Maximilians de Munich. Los resultados del estudio se han comprobado en dos líneas celulares humanas.
Se trata de una investigación básica pionera que supone un punto de partida para evaluar y abordar algunas patologías asociadas a algún problema en el nucléolo, orgánulo de la célula encargado de la producción y ensamblaje de los componentes ribosómicos. En el interior de esta estructura celular se han localizado proteínas implicadas en distintas patologías, algunas de gran incidencia como el cáncer, y enfermedades raras como los síndromes de Treacher-Collins y de Rothmund-Thompson, la anemia de Blackfan-Diamond o la disqueratosis congénita, entre otras.
La aplicación de técnicas novedosas
En el desarrollo del trabajo, las universidades alemanas han llevado a cabo la parte experimental, mientras al Departamento de Bioinformática y Genómica del CIPF se ha encargado del trabajo teórico basado en el procesamiento de los datos y la extracción de conocimiento a partir de los mismos.
Para ello, los investigadores del CIPF han hecho uso de la combinación de dos tipos de tecnologías avanzadas, la de array GCH y la de ultrasecuenciación. Las técnicas de array GCH son unas plataformas basadas en hibridación que permiten identificar las partes del genoma que se están uniendo o que están localizadas en unos puntos concretos; mientras la ultrasecuenciación extrae datos a partir de la secuenciación de las zonas concretas del genoma que están unidas a determinadas proteínas.
Según la investigadora Ana Conesa, “el empleo de técnicas de ultrasecuenciación supone una aportación bastante novedosa, ya que permite refinar mucho más y ver la imagen estructural a una resolución mucho más amplia”.
Además de los resultados obtenidos y pioneros en el estudio genómico del nucléolo humano, el investigador Joaquín Dopazo apunta que “el trabajo va más allá, ya que ha permitido probar y validar las nuevas tecnologías aplicadas al análisis de un gran volumen de datos, cuyo uso ha supuesto una revolución para el avance científico en los últimos años”.
Una vez demostrado que estas técnicas funcionan, Dopazo afirma que el siguiente paso del laboratorio será “apostar por estudios que profundicen más sobre los detalles de la estructura del nucléolo y permitan explorar la organización, regulación y dinámica de esta estructura incluso a una resolución mayor, así como desarrollar otras aplicaciones que permitan mapear otros aspectos del cromosoma”.
Un referente en la investigación genómica
El Departamento de Bioinformática y Genómica del CIPF realiza una investigación puntera en el área de la genómica desde la perspectiva de la biología de sistemas. Entre sus líneas de investigación se encuentran el desarrollo de algoritmos y análisis de datos, la interpretación funcional de experimentos y anotación de secuencias o el estudio de polimorfismos humanos.
Este equipo de científicos del CIPF ha diseñado ocho potentes aplicaciones bioinformáticas capacitadas para analizar información a gran escala y de forma muy rápida, con búsquedas y procesamiento aplicado a decenas de miles de datos. Todas estas herramientas son de uso abierto y gratuito a través de la página web del CIPF y en ellas se analizan diariamente alrededor de mil experimentos genómicos realizados en centros de investigación de todo el mundo. Entre ellas se encuentran el paquete de herramientas bioinformáticas avanzadas conocido como GEPAS, capaz de estudiar de forma simultánea y en un solo experimento la actividad de todos los genes del genoma con la técnica de microarrays; o la aplicación Blas2GO, una de las más citadas y empleadas en el campo de la investigación genómica para la predicción de la función de los genes conocidos.
Se trata de la máquina molecular más compleja e intrincada de la biología humana, ya que edita más de 90 % de nuestros genes. Los errores en este proceso están vinculados con muchas enfermedades incluyendo la mayoría de los tipos de cáncer.
Un estudio en ratones muestra que es posible revertir los efectos del envejecimiento en las neuronas mediante reprogramación celular, aumentando su número y capacidad de conexión, lo que podría abrir nuevas vías para tratar enfermedades neurodegenerativas.
