Investigadores del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) han identificado en modelos vegetales un nuevo mecanismo por el que las células regulan la expresión de sus genes. El hallazgo, con potenciales aplicaciones en ingeniería genética, contribuye a aclarar las diferencias evolutivas que separan a plantas de animales. Los resultados de la investigación aparecen publicados en la revista Proceedings de la Academia Nacional de Ciencias de EE UU.
En concreto, los investigadores María de la Paz Sánchez y Crisanto Gutiérrez, que trabajan en el Centro de Biología Molecular Severo Ochoa (centro mixto del CSIC y la Universidad Autónoma de Madrid), han estudiado la proteína ORC1, que posee una función crucial en el inicio de la replicación del genoma en todos los organismos eucarióticos (grupo que incluye a plantas, animales y hongos, entre otros organismos). Además, actúa como un regulador de la expresión de ciertos genes.
Los autores han descubierto que ORC1 de la planta modelo Arabidopsis thaliana funciona como un activador de la expresión génica y no como un represor de la misma, tal y como sucede en levaduras y en células humanas. “Se trata de un hallazgo completamente inesperado, ya que las proteínas ORC1 de Arabidopsis y de humanos están muy conservadas evolutivamente entre sí y, por tanto, se esperaba que tuvieran la misma función”, señala Gutiérrez.
¿Cuál es el motivo de la diferencia? Los investigadores han concluido que la clave reside en un grupo de aminoácidos que se organiza tridimensionalmente en un dominio característico denominado PHD, y que está presente en la proteína ORC1 de vegetales, pero no en células humanas.
“Todas las plantas, incluidas las algas, poseen un dominio PHD en sus correspondientes proteínas ORC1. Por ello, el mecanismo descrito en esta investigación parece ser de índole general a todo el gran grupo de organismos vegetales. Este hecho contribuye a entender las diferencias de regulación de la expresión génica entre plantas y el resto de organismos eucarióticos”, explica el investigador del CSIC.
El hallazgo tiene interés desde el punto de vista de la epigenética, disciplina que estudia los cambios que se producen en el genoma sin modificarse el código genético. Estas alteraciones, diferentes de las mutaciones que alteran las secuencias del ADN e involucradas en la aparición de patologías como el cáncer o los problemas de desarrollo embrionario, están muy influenciadas por la acción de agentes externos.
Gutiérrez amplía este extremo: “El descubrimiento contribuye, en el área de la epigenética, a entender por qué plantas y animales, que poseen proteínas muy conservadas entre sí y los mismos tipos de modificaciones de las histonas [proteínas muy conservadas evolutivamente que, asociadas al ADN, conforman la cromatina], son capaces de interpretar algunas modificaciones epigenéticas de distinta forma”.
Aplicaciones en ingeniería genética
Entre otras aplicaciones, los resultados del trabajo pueden ser la base para entender mejor el funcionamiento de módulos de proteínas, como las ORC estudiadas en esta investigación. Avanzar en su conocimiento resulta básico para poder realizar combinaciones o intercambios de módulos proteicos con los que conseguir que ciertas proteínas ganen actividades que antes no poseían. En este sentido, apuntan los autores, una posibilidad muy atractiva es la del diseño de interruptores moleculares que sirvan como activadores o represores de la actividad de ciertos genes.
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Referencia bibliográfica:
María de la Paz Sanchez y Crisanto Gutierrez, "Arabidopsis ORC1 is a PHD-containing H3K4me3 effector that regulates transcription", Proceedings of the National Academy of Sciences, USA 106: 2065-2070 (2009). doi: 10.1073/pnas.0811093106
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