Investigadores del Centro Nacional de Análisis Genómico (CNAG), ubicado en el Parque Científico de Barcelona, ​​revelan nuevos conocimientos sobre la formación de la estructura tridimensional del genoma. Las principales vías epigenéticas que contribuyen a la regulación génica. La investigación, publicada en la revista Cell ha sido dirigida por el Instituto de Epigenética y Células Madre de Múnich en colaboración con el grupo de Genómica Estructural del CNAG, dirigido por el profesor ICREA Marc A. Marti-Renom. El CNAG contribuyó especialmente al análisis computacional de los datos, ayudando a descubrir los mecanismos que subyacen a la organización del genoma en las etapas embrionarias más tempranas.

Aunque se produce a una escala mucho menor que un nanómetro, la organización tridimensional (3D) del genoma dentro de cada célula es extraordinariamente intrincada. Uno de sus componentes clave y bastante desconocido son los dominios asociados a la lámina (LAD): regiones del genoma que interactúan con la lámina nuclear -la densa red fibrosa que recubre el interior del núcleo-, que no solo protege el ADN de posibles daños, sino que también desempeña un papel esencial en la regulación génica y la función celular. Comprender cómo esta estructura, considerada la primera característica de la organización nuclear tras la fecundación, emerge durante las primeras etapas del desarrollo, es crucial para avanzar en nuestro conocimiento de la genética y la biología del desarrollo.

El estudio explora cómo los factores epigenéticos -modificaciones químicas y estructurales que no alteran la secuencia del ADN sino que regulan su funcionamiento- impulsan la formación de la arquitectura nuclear en cigotos de ratón y embriones de dos fases celulares, utilizando métodos in vivo. La investigación identifica varias vías que contribuyen a la organización de la estructura tridimensional del genoma. Entre ellas están los cambios en la histona H3, una proteína que regula la actividad de los genes, las modificaciones en la heterocromatina, que ayuda a silenciar ciertos genes, y el contenido de histonas, o la cantidad de estas proteínas presentes, que influye en cómo se empaqueta y organiza el genoma dentro del núcleo.

Entre los principales hallazgos, los investigadores descubrieron que los embriones tienen una capacidad increíble para reconstruir la arquitectura de la LAD cuando alcanzan la fase de 2 células. Incluso cuando esta estructura se interrumpe en la fase de cigoto, el embrión puede reorganizarse rápida y eficazmente. Esto demuestra la resistencia y la notable capacidad de organización de los embriones tempranos, casi como si tuvieran un proyecto incorporado para reconstruirse a sí mismos.

El estudio también revela que la herencia materna del marcador H3K27me3, asociado a la represión génica, desempeña un papel clave en la formación de los LAD en el cigoto. Este marcador epigenético actúa como un interruptor, determinando si un gen debe estar silenciado o activo. Además, la investigación demuestra que los límites de los LAD se reorganizan en función de la información posicional proporcionada por marcas de histonas como H3K4me3, vinculada a genes activos, y H3K9me3, asociada a genes reprimidos. Estas marcas guían el reposicionamiento o reorganización de las LAD, ayudando a definir las regiones activas y silentes del genoma.

Esta investigación abre nuevas vías para comprender cómo se forma la estructura tridimensional del genoma desde las primeras etapas del desarrollo y aporta datos cruciales sobre los procesos epigenéticos que regulan la expresión génica. Los hallazgos también tienen importantes implicaciones para nuestra comprensión del desarrollo temprano y la regulación genética.

» Artículo de referencia: Pal, Mrinmoy, et al. «The Establishment of Nuclear Organization in Mouse Embryos Is Orchestrated by Multiple Epigenetic Pathways». Cell, abril de 2025, p. S0092867425003964. DOI.org (Crossref), https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.03.044. 

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