Confirmen que els cromosomes estan formats per làmines apilades

08/01/2019

Al nucli de les cèl·lules, el DNA està unit a les proteïnes histones i forma llargues cadenes de nucleosomes que s’anomenen fibres de cromatina. Al Laboratori de Cromatina del Departament de Bioquímica i de Biologia Molecular de la UAB, dirigit pel professor Joan-Ramon Daban, es va descobrir l’any 2005 que la cromatina dels cromosomes mitòtics forma plaques multilaminars. Va ser un resultat sorprenent,  que va ser criticat perquè no s’esperava que les fibres lineals de cromatina poguessin generar estructures planes, i perquè està basat en tècniques de microscòpia electrònica convencional i de microscòpia de força atòmica que requereixen adsorbir la mostra, respectivament,  sobre superfícies planes de carboni o mica. A més, en el cas de la microscòpia electrònica, cal fixar la mostra amb reactius químics, tractar-la amb agents de contrast  i deshidratar-la.
 
Un nou estudi basat en tècniques de microscòpia electrònica en condicions criogèniques, a molt baixa temperatura, i en mesures de dispersió de raigs-X de sincrotró, publicat a EMBO Journal, ha permès demostrar que en els cromosomes mitòtics el DNA està densament empaquetat formant làmines apilades de cromatina, que estan estabilitzades per interaccions entre nucleosomes.
 
L’avantatge de les tècniques de criomicroscòpia electrònica, emprades en aquest nou estudi, és que la mostra (sense fixació química ni agents de contrast)  està en suspensió en una dissolució aquosa que es manté congelada a -180°C, fins i tot mentre s’obtenen les imatges. Com que es tracta d’estudiar estructures molt grans i complexes, en aquest treball s’ha emprat la tècnica de criotomografia electrònica, que permet obtenir moltes imatges amb diferents graus d’inclinació i al final s’arriba a tenir una reconstrucció tridimensional de les estructures observades.


_{L’esquema  de l’esquerra  mostra l’orientació transversal de les làmines de cromatina dins dels cromosomes mitòtics. A la dreta es representa l’organització dels nucleosomes en dues làmines en contacte, i les distàncies obtingudes en els criotomogrames (en blau) i mitjançant dispersió de raigs-X (en roig).}

Les reconstruccions tridimensionals mostren que la cromatina emanada de cromosomes humans, mantinguts en condicions iòniques fisiològiques, és plana i forma plaques multilaminars. Les mesures de gruix obtingudes (una làmina 7,5 nanòmetres i dues làmines en contacte de 13 nanòmetres) suggereixen que les plaques estan formades per capes mononucleosomals, que estan interdigitades entre elles. Els experiments complementaris de dispersió de raigs-X mostren un pic dominant a 6 nanòmetres, que els investigadors correlacionen amb la distància entre làmines i entre nucleosomes associats a través de les seves cares laterals.
 
Els científics han observat plaques multilaminars que tenen les dimensions corresponents al diàmetre d’un cromosoma humà (600 nanòmetres), la qual cosa permet suggerir que els cromosomes estan formats per lamines apilades de cromatina, que estan orientades perpendicularment respecte a l’eix del cromosoma. Aquesta estructura és molt compacta i probablement té la funció de protegir la integritat del DNA genòmic durant la divisió cel·lular.
 
Aquest estudi ha estat liderat pel Laboratori de Cromatina de la UAB (Andrea Chicano, Eva Crosas i Joan-Ramon Daban). Els experiments de dispersió de raigs-X a baix angle es varen fer a la línia de llum NCD-BL11  del sincrotró ALBA de Cerdanyola del Vallès. Els criotomogrames es van obtenir amb la col·laboració de Benjamin Engel a la plataforma Instruct (EU) de criomicroscòpia electrònica al Max-Planck-Institute of Biochemistry de Martinsried (Alemanya), i les reconstruccions tridimensionals es varen fer amb la col·laboració de Joaquín Otón i Roberto Melero a la plataforma Instruct de processament d’imatges al Centro Nacional de Biotecnología de Madrid.
 
Publicació:  A. Chicano, E. Crosas, J. Otón, R. Melero, BD. Engel, and JR. Daban. Frozen-hydrated chromatin from metaphase chromosomes has an interdigitated multilayer structure. EMBO Journal 38: e99769. http://emboj.embopress.org/cgi/doi/10.15252/embj.201899769