El Centro de Regulación Genómica (CRG), adscrito a la UPF, participa en un estudio coordinado por el Departamento de Medicina Genética y Desarrollo de la Universidad de Ginebra que aporta luz en la forma como el  cromosoma extra 21 trastorna el equilibrio de todo el genoma, causando así una amplia variedad de patologías.

El estudio, publicado en Nature , muestra por primera vez que la posición del ADN en el núcleo, o las características bioquímicas de las interacciones entre ADN y proteinas en les células con trisomía, se modifican ocasionando cambios en los patrones de expresión génica. Estos resultados abren nuevas vías para entender los mecanismos que explican, entre otras cosas, el síndrome de Down.

Federico Santoni, de la Universidad de Ginebra, explica que "estos cambios no ocurren sólo en el cromosoma 21, sino en todo el genoma. La presencia de solo un 1% de material cromosómico extra modifica la función de todo el genoma e interrumpe el equilibrio de la expresión de los genes". Por otro lado, el professor Antonarakis, también de la Universidad de Ginebra, expone que "si pudiéramos hacer una analogía con el cambio climático, sólo que la temperatura del planeta aumentara en 1 o 2 grados, en los trópicos llovería mucho menos y en las zonas temperadas mucho más. El equilibrio completo del clima del planeta puede ser modificado por un elemento muy pequeño".

Roderic Guigó , coautor del estudio y jefe del grupo de Biología Computacional del Procesamiento del RNA del CRG y profesor de la UPF, apunta que "este avance ha sido posible en gran medida por el desarrollo de las técnicas de análisis genómica, que nos permiten estudiar la actividad del genoma con una gran resolución". David González, coautor del estudio e investigador del CRG explica que "el papel del Centro de Regulación Genómica fue el análisis bioinformático de los datos de secuenciación de RNA de las diferentes muestras del estudio, para determinar los niveles de expresión de los distintos genes en cada una de ellas".

Los investigadores de la Universidad de Ginebra continuarán investigando los mecanismos moleculares implicados y como están relacionados la expresión génica con los fenotipos de el síndrome de Down. El objetivo de la investigación es encontrar la forma de revertir la desregulación de la expresión génica a su estado normal, para corregir los errores producidos por esta enfermedad. Además, conocer esto puede ser muy beneficioso para el estudio de otras enfermedades que también compartan un desequilibrio genético.

El estudio se ha realizado con el apoyo de la Swiss National Science Foundation (FNS) y el Consejo Europeo para la Investigación (ERC)

Comparando gemelos idéndticos

El laboratorio dirigido por el doctor Stylanos Antonarakis de la Universidad de Ginebra tuvo una excelente oportunidad para estudiar este hecho en el caso de gemelos con la misma composición genética, excepto la presencia de un cromosoma 21 de más presente en uno de los gemelos. El error en esta distribución del cromosoma 21 puede producirse durante las etapas más primerizas de las primeras divisiones celulares, justo después que el óvulo fencundado se divida en dos.

Para comparar los diferentes niveles de expresión génica entre los gemelos, los investigadores utilizaron las más modernas herramientas biotecnológicas disponibles, como las técnicas de secuenciación de alto rendimiento, en colaboración con diversos laboratorios de Estrasburgo, Seattle, Amsterdam y Barcelona, con la participación del Centro de Regulación Genómica (CRG). De esta forma fueron capaces de eliminar el efecto de las variaciones entre los individuos e identificar los cambios ocasionados exclusivamente por la trisomía 21.

Un cromosoma pequeño con grandes consecuencias

Los investigadores han señalado que la expresión de los genes localizados en otros cromosomas (fuera del cormosoma 21) es bastante diferente en las células trisómicas. "Nos causó una verdadera sorpresa este resultado, sugiere que este pequeño cromosoma tiene una gran influencia en el resto del genoma", afirma Audrey Letourneau, investigadora de la Universidad de Ginebra y una de las autoras del estudio.

En términos generales, los cromosomas están divididos en dominios que contienen genes con una producción similar de ARN, la molécula encargada de transmitir la información del ADN antes que esta se convierta en proteínas. En el caso del gemelo con trisomía 21, los dominios se expresan algunas veces demasiado y otras poco, en comparación con el gemelo sano.

Al comparar los resultados obtenidos con datos publicados anteriormente por otros investigadores, los científicos de la Universidad de Ginebra encontraron que la organización de este cromosoma se correlaciona con la posición del ADN en el núcleo de la célula. Así, los dominios sobreexpresados en el gemelo con trisomía, corresponden con las regiones del ADN que se sabe son las primera en interactuar con la periféria del núcleo.

Referencia

Letourneau, A., et. al. "Domains of genome - wide general expression dysregulation in Down's syndrome. Nature Magazine, April 2014. Doi: 10.1038/nature13200. http://www.nature.com/doifinder/10.1038/nature13200