Investigadors del Centre Nacional d’Anàlisi Genòmica (CNAG), ubicat al Parc Científic de Barcelona, revelen nous coneixements sobre la formació de l’estructura tridimensional del genoma. Les principals vies epigenètiques que contribueixen a la regulació gènica. La investigació, publicada en la revista Cell ha estat dirigida per l’Institut d’Epigenètica i Cèl·lules Mare de Múnich en col·laboració amb el grup de Genòmica Estructural del CNAG, dirigit pel professor ICREA Marc A. Marti-Renom. El CNAG va contribuir especialment a l’anàlisi computacional de les dades, ajudant a descobrir els mecanismes que subjauen a l’organització del genoma en les etapes embrionàries més primerenques.

Tot i que es produeix a una escala molt menor que un nanòmetre, l’organització tridimensional (3D) del genoma dins de cada cèl·lula és extraordinàriament intrincada. Un dels seus components clau i força desconegut són els dominis associats a la làmina (LAD): regions del genoma que interactuen amb la làmina nuclear -la densa xarxa fibrosa que recobreix l’interior del nucli-, que no només protegeix l’ADN de possibles danys, sinó que també exerceix un paper essencial en la regulació gènica i la funció. Comprendre com aquesta estructura, considerada la primera característica de l’organització nuclear després de la fecundació, sorgeix durant les primeres etapes del desenvolupament és crucial per avançar en el nostre coneixement de la genètica i la biologia del desenvolupament.

L’estudi explora com els factors epigenètics -modificacions químiques i estructurals que no alteren la seqüència de l’ADN sinó que en regulen el funcionament- impulsen la formació de l’arquitectura nuclear en zigots de ratolí i embrions de dues fases cel·lulars, utilitzant mètodes in vivo. La investigació identifica diverses vies que contribueixen a l’organització de l’estructura tridimensional del genoma. Entre elles hi ha els canvis a la histona H3, una proteïna que regula l’activitat dels gens, les modificacions a l’heterocromatina, que ajuda a silenciar certs gens, i el contingut d’histones, o la quantitat d’aquestes proteïnes presents, que influeix en com s’empaqueta i s’organitza el genoma dins del nucli.

Entre les principals troballes, els investigadors van descobrir que els embrions tenen una capacitat increïble per reconstruir l’arquitectura de la LAD quan arriben a la fase de 2 cèl·lules. Fins i tot quan aquesta estructura s’interromp en la fase de zigot, l’embrió es pot reorganitzar ràpidament i eficaçment. Això demostra la resistència i la notable capacitat d’organització dels primers embrions, gairebé com si tinguessin un projecte incorporat per reconstruir-se a si mateixos.

L’estudi també revela que l’herència materna del marcador H3K27me3, associat a la repressió gènica, té un paper clau en la formació dels LAD al zigot. Aquest marcador epigenètic actua com a interruptor, determinant si un gen ha d’estar silenciat o actiu. A més, la investigació demostra que els límits dels LAD es reorganitzen en funció de la informació posicional proporcionada per marques d’histones com ara H3K4me3, vinculada a gens actius, i H3K9me3, associada a gens reprimits. Aquestes marques guien el reposicionament o reorganització de les LAD, ajudant a definir les regions actives i silents del genoma.

Aquesta investigació obre noves vies per comprendre com es forma l’estructura tridimensional del genoma des de les primeres etapes del desenvolupament i aporta dades crucials sobre els processos epigenètics que regulen l’expressió gènica. Les troballes també tenen importants implicacions per a la nostra comprensió del desenvolupament primerenc i la regulació genètica.

» Article de referència: 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. 

» Enllaç a la notícia: web del CNAG [+]