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http://ri.uaemex.mx/handle20.500.11799/94906| Title: | Caracterización de las regiones de anclaje a la matriz nuclear de bucles estructurales de DNA correspondientes a regiones específicas del genoma de la rata. establecimiento de una correlación entre la topología del DNA y su afinidad por la MN | Keywords: | Matriz nuclear;DNA;Topología;Núcleo celular;Estructura de orden superior;Matrix Attachment Region;Loop Attachment Region;info:eu-repo/classification/cti/2 | Publisher: | Universidad Nacional Autónoma de México | Description: | The nuclear matrix (NM) its a compartment formed by proteins, DNA and RNA. This compartment is obtained by extracting the nucleus with high-ionic strength solutions, non ionic detergents and a treatment with nucleases. In the interphase the genome of metazoan cells is organized in supercoiled loops anchored to the NM by loop anchorage regions (LARs). The interaction between the NM and LARs resists extraction with high-ionic strength solutions. LARs are tissue specific but are not necessarily conserved between species even within the same cell type. Although LARs occur in large numbers in the nucleus, no consensus nucleotide sequence has been found for LARs and in vitro binding assays shows that virtually any DNA fragment shows a given affinity for NM proteins, so it might be that factors independent of the nucleotide sequence determine the DNA-NM interactions. Besides, it has been reported that the NM has affinity for supercoiled bacterial plasmids and they occupy sites different to those occupied by bound linearized DNA fragments. This suggests that the topology of DNA might determine its affinity for the NM. This topology is an emergent property that results from the the structural properties of DNA and the location of a given genomic region within the context of the chromosome. Therefore, the local topology of a DNA segment is altered when the segment is removed from its original context. The length at which the DNA adopts a linear topology in solution is called the persistence length and corresponds to ≈150 bp for DNA of random sequence. The DNA may acquire complex topologies when its length goes beyond the Kuhn length that corresponds to twice the persistence length (300 bp). Therefore, we propose that the affinity of a region of DNA for the NM is an emergent property linked to the local topology of DNA, which in turn is the result of the 3D organization of the corresponding genomic region. In order to test this hypothesis we identified two regions of ≈2kb that constitute LARs in situ at the albumin-family locus. These LARs, once isolated and devoid of their natural genomic context, had no affinity for the NM in vitro. However, subfragments of the LARs, whose length is close to the persistence length, bind to the NM in vitro and resist the extraction with high-ionic strength. DNA fragments unrelated to the LARs identified in situ, but close to the persistence length of DNA, also bind to the NM in vitro in a salt-resistant fashion. DNA length correlates with the topology displayed by such a DNA in solution, our results suggest that a linear topology is enough for supporting the binding of DNA to the NM. Given that the length of DNA modulates its affinity for NM, we propose a model in which any region of the genome that manifests a linear topology in situ has the potential for establishing an anchorage to the NM. The topology of DNA in vivo depends on several factors such as: the thermal agitation of the system, the structural stress and topological restrictions or constraints (supercoiling) of DNA. Such a topology together with the global dynamics within the cell nucleus may determine the actualization or cancelation of DNA-NM interactions. Our proposal is a starting point for understanding the process of structural organization of the genome in the cell nucleus of metazoans. La matriz nuclear (MN) es un compartimento formado por proteínas, DNA y RNA, que resiste a la extracción con detergentes, altas concentraciones de sal y el tratamiento con nucleasas. En la interfase el genoma de las células de metazoarios se encuentra organizado en bucles hiperenrollados que se encuentran anclados a la MN mediante segmentos denominados regiones de anclaje del bucle (LARs por sus siglas en inglés). La unión o interacción entre LARs y MN resiste la extracción con alta fuerza iónica. Los LARs son tejido específico y no están necesariamente conservados entre especies aún en el mismo tipo celular. A pesar de que los LARs ocurren en gran número en el núcleo, no se ha encontrado una secuencia consenso que los determine, por el contrario, ensayos de afinidad in vitro demuestran que prácticamente cualquier fragmento de DNA presenta cierta afinidad por las proteínas de MN, por lo que podrían ser factores independientes a la secuencia de nucleótidos los que definan dichas interacciones. A este respecto se ha reportado que la MN tiene afinidad por plásmidos bacterianos hiperenrollados que ocupan sitios diferentes de los sitios a los que se unen fragmentos de DNA linearizados. Esto sugiere que puede ser la topología del DNA la que determine en forma primaria su afinidad por la MN. Esta topología es una propiedad emergente que resulta de la ubicación genómica de la región en el contexto del cromosoma y de las propiedades estructurales del DNA. Por lo tanto, la topología local de un segmento de DNA resulta alterada cuando es sacada de su contexto original. En solución, la longitud a la que el DNA adopta una topología lineal se denomina longitud de persistencia y se ha determinado que para el DNA de secuencia aleatoria esta corresponde a ≈150 pb. La longitud de Kuhn corresponde a dos veces la longitud de persistencia y es a partir de longitudes mayores a la de Kuhn que el DNA es capaz de adoptar topologías complejas. Por lo tanto, proponemos que la afinidad de una región del DNA por la MN es una propiedad emergente vinculada a la topología local del DNA, la cual a su vez es resultado de la organización en 3D de la región genómica correspondiente. Para probar esta hipótesis identificamos dos regiones de ≈2kb que in situ constituyen LARs en el locus de la familia albúmina. Estos LARs, una vez aislados y desprovistos del contexto genómico natural, no tuvieron afinidad por la MN en ensayos in vitro. Sin embargo, subfragmentos de los LARs cuya longitud es cercana a la longitud de persistencia, se unieron a la MN in vitro y son resistentes a la extracción con alta fuerza iónica. Fragmentos de DNA con longitud cercana a la longitud de persistencia pero ajenos a los LARs identificados in situ también se unieron a la MN, in vitro, en forma resistente a la extracción con sal. La longitud del DNA está estrechamente relacionada con la topología que despliega el DNA en solución, nuestros resultados sugieren que una topología lineal es suficiente para que el DNA se una a la MN. Dado que la longitud del DNA modula su afinidad por la MN, se puede proponer un modelo en el cual cualquier región del genoma que manifieste una topología lineal in situ tendrá la capacidad potencial de establecer un anclaje con la MN. Que una región o segmento del genoma manifieste topología lineal depende de varios factores como son: la agitación termal del sistema, el estrés estructural y las restricciones o limitantes topológicas del DNA (ejemplo: hiperenrollamiento). Lo anterior, asociado con la dinámica global del núcleo, puede resultar en la formación o desprendimiento de los anclajes DNA-MN y permite establecer un punto de partida para entender el proceso de organización estructural del genoma en el núcleo celular de los metazoarios. CONACYT-México proyecto CB-176794 otorgado al Dr. Armando Aranda Anzaldo |
URI: | http://ri.uaemex.mx/handle20.500.11799/94906 | Other Identifiers: | http://hdl.handle.net/20.500.11799/94906 | Rights: | info:eu-repo/semantics/openAccess http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |
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