✨︎ Resumen (TL;DR):
- Científicos de la Universidad LMU de Múnich demostraron que los patrones de metilación del ADN se rigen por la física del no equilibrio.
- Los investigadores detectaron alteraciones epigenéticas entre uno y dos días antes de que los genes se desactiven.
- Este descubrimiento reescribe el entendimiento del desarrollo celular y abre vías para la investigación del cáncer y la medicina regenerativa.
Un equipo interdisciplinario de la Universidad LMU de Múnich confirmó que la formación de la identidad molecular de un embrión opera mediante principios de la física y no solo biológicos. El estudio, publicado el 29 de abril en la revista Nature Physics, demostró que los patrones genéticos primarios obedecen a reglas de la física sin equilibrio.
La investigación fue liderada por el profesor Steffen Rulands, miembro de los Clústeres de Excelencia ORIGINS y BioSysteM. El equipo identificó que la acumulación de marcas de metilo en el ADN durante el desarrollo temprano es autosimilar en el tiempo y se repite a lo largo de múltiples escalas.
Metilación del ADN es un proceso bioquímico que añade grupos metilo al genoma celular para regular su actividad. El mecanismo de los embriones funciona mediante un bucle de retroalimentación dinámica: las enzimas depositan los grupos metilo en el ADN y modifican al instante la estructura espacial de la cromatina.
Esa nueva arquitectura de la cromatina dicta exactamente dónde ocurrirá la siguiente metilación. Esta interacción provoca una separación de fases a nanoescala, un proceso físico donde diferentes estados moleculares dentro del núcleo se segregan para formar dominios estables.
“Nuestro trabajo demuestra que los principios físicos desempeñan un papel fundamental en la organización del genoma embrionario”, explicó Rulands. “Esto abre oportunidades totalmente nuevas para comprender procesos biológicos complejos con los métodos de la física”.
Ruptura de simetría y predicción del apagado genético
Los investigadores combinaron multiómica unicelular, microscopía de súper resolución y modelos teóricos como la teoría de campos. Esta integración de datos arrojó un hallazgo inesperado en la actividad celular.
El equipo logró detectar cambios epigenéticos en ciertos genes uno a dos días antes de que dichos genes fueran silenciados por completo. Esta señal anticipada revela que el genoma prepara activamente su siguiente estado regulatorio mucho antes de ejecutarlo.
Los resultados exponen la mecánica detrás de un evento fundamental en el desarrollo embrionario conocido como ruptura de simetría. Este es el proceso preciso que permite la transición de células embrionarias idénticas hacia tipos celulares distintos y especializados.
Esta base teórica impactará de manera directa el trabajo en medicina regenerativa y la investigación del cáncer, áreas donde las alteraciones epigenéticas dictan la efectividad de los tratamientos.
“Lo que resulta especialmente emocionante es que podemos deducir procesos espaciales y temporales en el núcleo celular directamente a partir de datos de secuencias lineales de ADN”, señaló Rulands. “Esto nos permite observar y describir teóricamente la autoorganización del genoma”.
