Caracterización de las regiones de anclaje a la matriz nuclear de bucles estructurales de DNA correspondientes a regiones específicas del genoma de la rata. establecimiento de una correlación entre la topología del DNA y su afinidad por la MN

Abstract

La matriz nuclear (MN) es un compartimento formado por proteínas, DNA y RNA, que resiste a la extracción con detergentes, altas concentraciones de sal y el tratamiento con nucleasas. En la interfase el genoma de las células de metazoarios se encuentra organizado en bucles hiperenrollados que se encuentran anclados a la MN mediante segmentos denominados regiones de anclaje del bucle (LARs por sus siglas en inglés). La unión o interacción entre LARs y MN resiste la extracción con alta fuerza iónica. Los LARs son tejido específico y no están necesariamente conservados entre especies aún en el mismo tipo celular. A pesar de que los LARs ocurren en gran número en el núcleo, no se ha encontrado una secuencia consenso que los determine, por el contrario, ensayos de afinidad in vitro demuestran que prácticamente cualquier fragmento de DNA presenta cierta afinidad por las proteínas de MN, por lo que podrían ser factores independientes a la secuencia de nucleótidos los que definan dichas interacciones. A este respecto se ha reportado que la MN tiene afinidad por plásmidos bacterianos hiperenrollados que ocupan sitios diferentes de los sitios a los que se unen fragmentos de DNA linearizados. Esto sugiere que puede ser la topología del DNA la que determine en forma primaria su afinidad por la MN. Esta topología es una propiedad emergente que resulta de la ubicación genómica de la región en el contexto del cromosoma y de las propiedades estructurales del DNA. Por lo tanto, la topología local de un segmento de DNA resulta alterada cuando es sacada de su contexto original. En solución, la longitud a la que el DNA adopta una topología lineal se denomina longitud de persistencia y se ha determinado que para el DNA de secuencia aleatoria esta corresponde a ≈150 pb. La longitud de Kuhn corresponde a dos veces la longitud de persistencia y es a partir de longitudes mayores a la de Kuhn que el DNA es capaz de adoptar topologías complejas. Por lo tanto, proponemos que la afinidad de una región del DNA por la MN es una propiedad emergente vinculada a la topología local del DNA, la cual a su vez es resultado de la organización en 3D de la región genómica correspondiente. Para probar esta hipótesis identificamos dos regiones de ≈2kb que in situ constituyen LARs en el locus de la familia albúmina. Estos LARs, una vez aislados y desprovistos del contexto genómico natural, no tuvieron afinidad por la MN en ensayos in vitro. Sin embargo, subfragmentos de los LARs cuya longitud es cercana a la longitud de persistencia, se unieron a la MN in vitro y son resistentes a la extracción con alta fuerza iónica. Fragmentos de DNA con longitud cercana a la longitud de persistencia pero ajenos a los LARs identificados in situ también se unieron a la MN, in vitro, en forma resistente a la extracción con sal. La longitud del DNA está estrechamente relacionada con la topología que despliega el DNA en solución, nuestros resultados sugieren que una topología lineal es suficiente para que el DNA se una a la MN. Dado que la longitud del DNA modula su afinidad por la MN, se puede proponer un modelo en el cual cualquier región del genoma que manifieste una topología lineal in situ tendrá la capacidad potencial de establecer un anclaje con la MN. Que una región o segmento del genoma manifieste topología lineal depende de varios factores como son: la agitación termal del sistema, el estrés estructural y las restricciones o limitantes topológicas del DNA (ejemplo: hiperenrollamiento). Lo anterior, asociado con la dinámica global del núcleo, puede resultar en la formación o desprendimiento de los anclajes DNA-MN y permite establecer un punto de partida para entender el proceso de organización estructural del genoma en el núcleo celular de los metazoarios.