Un trabajo publicado en la revista Nucleic Acids Research presenta un modelo simplificado de ADN llamado «CGeNArate», que permite realizar simulaciones rápidas y precisas de la cromatina y facilita la observación detallada de las modificaciones estructurales del genoma. El estudio ha estado liderado por Modesto Orozco, catedrático de la Facultad de Química de la Universidad de Barcelona (UB) y jefe del Laboratorio de Modelización Molecular y Bioinformática del Instituto de Investigación Biomédica (IRB Barcelona), ubicado en el Parque Científico de Barcelona (PCB).

El ADN es la molécula que contiene toda la información genética necesaria para el desarrollo y funcionamiento de los organismos vivos. Está organizada en una estructura llamada «cromatina», que se encuentra dentro del núcleo de las células. La forma que adopta la cromatina afecta directamente a la actividad de los genes y, por ello, es importante conocer en detalle la estructura del ADN y poder predecir sus variaciones.

Ahora, un equipo liderado por el investigador del IRB Barcelona y catedrático de la UB Modesto Orozco ha desarrollado un método que utiliza un enfoque específico que consiste en simplificar un sistema complejo reduciendo su número de grados de libertad y agrupando átomos en unidades superiores llamadas «grandes» (en inglés, coarse-graining). Además, utiliza algoritmos de aprendizaje automático para reconstruir la resolución atómica de las trayectorias simuladas. Esto permite estudiar la estructura y el comportamiento del ADN sin necesidad de aplicar modelos complejos y lentos, lo que facilita unas investigaciones más rápidas y accesibles.

«Este nuevo modelo puede ser muy útil para proyectos que requieren estudiar la estructura del ADN de forma detallada y ágil. Aunque el modelo ya es funcional, estamos trabajando para mejorarlo y aplicarlo a otros componentes del núcleo celular, lo que podría abrir nuevas oportunidades en la investigación biomédica», explica el Dr. Orozco,  jefe del laboratorio de Modelización Molecular y Bioinformática del IRB Barcelona y catedrático del Departamento de Bioquímica y Biomedicina Molecular de la UB.

Información genómica detallada

El equipo de investigación puso a prueba la nueva herramienta y validó su potencial para obtener simulaciones de cromatina a gran velocidad. El modelo permitió la observación del comportamiento de una sección específica del ADN en un gen de levadura, además de la modelización de la estructura del ADN en la mitocondria y la reproducción de la flexibilidad de diferentes estructuras de ‘ADN en diversos contextos. «También pudo simular la formación de unas pequeñas estructuras circulares de ADN conocidas como minicírculos», detalla David Farré-Gil, primer autor de la investigación y estudiante de doctorado en el mismo laboratorio. Estos resultados demuestran la eficacia del método para analizar detalladamente el ADN y la cromatina.

Han financiado el proyecto el Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades, la Agencia de Gestión de Ayudas Universitarias y de Investigación (AGAUR), la Generalitat de Cataluña y el Programa de investigación e innovación de la Unión Europea. El trabajo se ha realizado en colaboración con la Universidad de Nottingham y ha contribuido a fortalecer las colaboraciones entre instituciones de investigación europeas.

» Artículo de referencia: Farré-Gil, David; Arcon, Juan Pablo; Laughton, Charles A.; Orozco, Modesto. «CGeNArate: a sequence-dependent coarse-grained model of DNA for accurate atomistic MD simulations of kb-long duplexes». Nucleic Acids Research, maig de 2024.  DOI: 10.1093/nar/gkae444