Secuenciación del genoma in situ, un método que analiza estructura y secuencia del genoma en células individuales

Amparo Tolosa, Genotipia

 

Investigadores del Instituto McGovern de Investigación del Cerebro, la Universidad de Harvard, el Instituto de Tecnología de Massachusetts y el Instituto Broad han desarrollado una nueva técnica que combina la secuenciación genómica con la microscopía y permite determinar de forma directa cómo se organiza el genoma en el interior de las células.

En el interior de las células, el genoma es más que una secuencia de ADN. Su organización tridimensional aporta un nivel de complejidad funcional adicional, en el que regiones alejadas en términos de distancia cromosómica pueden estar cerca a nivel espacial y contribuir a la correcta expresión de los genes en el momento y dosis adecuados.

Los equipos del Instituto McGovern de Investigación del Cerebro, la Universidad de Harvard, el Instituto de Tecnología de Massachusetts y el Instituto Broad han trabajado juntos para diseñar una  aproximación que consigue visualizar la organización del genoma y obtener su secuencia, en una misma célula, lo que ofrece interesantes oportunidades para la investigación biológica. “Cómo la estructura proporciona función es uno de los temas centrales de la biología”, señala Ed Boyden, profesor de Neurotecnología en el Instituto de Tecnología de Massachusetts. “Y la historia de la biología nos dice que cuando realmente puedes ver algo, puedes realizar un montón de avances”.

La nueva técnica de análisis, denominada “secuenciación del genoma in situ”, deriva de una estrategia similar utilizada para analizar el ARN y consta de varias etapas, que parten de la fijación de las células en soportes de cristal para trabajar sobre ellas preservando  su estructura.  En la primera etapa se insertan pequeños adaptadores de ADN, que funcionan como etiquetas, a lo largo de todo el genoma de la célula y se realiza una amplificación de los fragmentos delimitados por los adaptadores  en el contexto espacial donde se encuentran. La segunda fase combina una secuenciación in situ de los miles de fragmentos amplificados etiquetados que se generaron en la fase anterior (en su localización correspondiente) con la detección por fluorescencia de esta secuenciación.  Por último, los fragmentos amplificados se recuperan en un tubo de ensayo y se utilizan técnicas de secuenciación masiva para analizar en detalle las secuencias de ADN de los diferentes fragmentos del genoma. Al cruzar la información de localización obtenida en la primera secuenciación con el análisis del genoma en la segunda, los investigadores pueden trazar un mapa tridimensional de cómo estaba organizado el genoma de la célula.

 

secuenciación del genoma in situ
Visualización tridimensional de los genomas paterno y materno (con cada cromosoma de un color diferente) en la primera división del cigoto. Imagen: https://buenrostrolab.shinyapps.io/insituseq/

 

Como prueba de concepto, los investigadores han utilizado la estrategia  para visualizar el genoma en fibroblastos humanos y en embriones tempranos de ratón.  En estos últimos, han podido estudiar cambios del genoma paterno y materno en la primera división celular del zigoto y han detectado patrones de organización cromosómica que se transmiten parcialmente de las células a sus células hijas tras la división. Los investigadores plantean que esta memoria espacial cromosómica podría influir procesos que influyen en la viabilidad y fenotipo del organismo en desarrollo.

De momento, una limitación de la estrategia es que su resolución no es lo suficientemente elevada como para examinar posiciones genéticas en células específicas. No obstante, los investigadores confían que con algunas mejoras la secuenciación genómica in situ  podrá impulsar el estudio de la función y estructura del genoma. De momento, el equipo ha puesto el método y software asociado a disposición de otros laboratorios interesados. Y los datos obtenidos en el estudio pueden observarse en: https://buenrostrolab.shinyapps.io/insituseq/

Referencia: Payne AC, et al. In situ genome sequencing resolves DNA sequence and structure in intact biological samples. Science. DOI: http://dx.doi.org/10.1126/science.aay3446

Fuente: Sequencing inside cells. https://mcgovern.mit.edu/2020/12/31/sequencing-inside-cells/

 

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