Un treball publicat a la revista Nucleic Acids Research presenta un model simplificat d’ADN anomenat «CGeNArate», que permet fer simulacions ràpides i precises de la cromatina i facilita l’observació detallada de les modificacions estructurals del genoma. L’estudi l’ha liderat Modesto Orozco, catedràtic de la Facultat de Química de la Universitat de Barcelona (UB) i cap del Laboratori de Modelització Molecular i Bioinformàtica de l’Institut de Recerca Biomèdica (IRB Barcelona), ubicat al Parc Científic de Barcelona (PCB).

L’ADN és la molècula que conté tota la informació genètica necessària per al desenvolupament i el funcionament dels organismes vius. Aquesta molècula està organitzada en una estructura anomenada cromatina, que està dins del nucli de les cèl·lules. La forma que adopta la cromatina afecta directament l’activitat dels gens i, per això, és important conèixer detalladament l’estructura de l’ADN i poder-ne predir les variacions.

Ara, un equip liderat per l’investigador de l’IRB Barcelona i catedràtic de la UB Modesto Orozco ha desenvolupat un model computacional que fa servir un enfocament específic que consisteix a simplificar un sistema complex reduint-ne el nombre de graus de llibertat i agrupant àtoms en unitats superiors anomenades «grans» (en anglès, coarse-graining). A més, utilitza algorismes d’aprenentatge automàtic per reconstruir la resolució atòmica de les trajectòries simulades. Això permet estudiar l’estructura i el comportament de l’ADN sense necessitat d’aplicar models complexos i lents, la qual cosa facilita unes recerques més ràpides i accessibles.

“Aquest nou model pot ser molt útil per a projectes que requereixen estudiar l’estructura de l’ADN de manera detallada i àgil. Tot i que el model ja és funcional, estem treballant per millorar-lo i aplicar-lo a altres components del nucli cel·lular, fet que podria obrir noves oportunitats en la investigació biomèdica”, explica el Dr. Orozco, cap del laboratori de Modelització Molecular i Bioinformàtica de l’IRB Barcelona i catedràtic del Departament de Bioquímica i Biomedicina Molecular de la UB.

Informació genòmica detallada

L’equip de recerca va posar a prova la nova eina i va validar-ne el potencial per obtenir simulacions de cromatina a gran velocitat. El model va permetre l’observació del comportament d’una secció específica de l’ADN en un gen de llevat, a més de la modelització de l’estructura de l’ADN al mitocondri i la reproducció de la flexibilitat de diferents estructures de l’ADN en diversos contextos. “També va poder simular la formació d’unes petites estructures circulars d’ADN conegudes com a minicircles”, detalla David Farré-Gil, primer autor de la investigació i estudiant de doctorat al mateix laboratori. Aquests resultats demostren l’eficàcia del mètode per analitzar l’ADN i la cromatina detalladament.

El projecte l’han finançat el Ministeri de Ciència, Innovació i Universitats, l’Agència de Gestió d’Ajuts Universitaris i de Recerca (AGAUR), la Generalitat de Catalunya i el Programa de recerca i innovació de la Unió Europea. El treball s’ha dut a terme en col·laboració amb la Universitat de Nottingham i ha contribuït a enfortir les col·laboracions entre institucions de recerca europees.

» Article de referència: 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