El equipo de investigación muestra que la formación de recuerdos implica cambios rápidos en el ADN

El equipo de investigación muestra que la formación de recuerdos implica cambios rápidos en el ADN
El equipo de investigación muestra que la formación de recuerdos implica cambios rápidos en el ADN
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ADN G-quadruplex o ADN G4: una estructura dinámica

Izquierda: estructura molecular del ADN cuádruplex G. A la derecha, visualización y coloración de este ADN en los núcleos de las células humanas y en los cromosomas (Fuente: Jean-Paul Rodriguez y Giulia Biffi, Universidad de Cambridge)

Un equipo de investigación internacional que incluye científicos del Queensland Brain Institute, un instituto australiano de investigación en neurociencia, ha descubierto un importante mecanismo implicado en la formación de la memoria y nuestros recuerdos.

Los resultados de este estudio se centran en el comportamiento dinámico de una estructura de ADN particular conocida como ADN G-quadruplex o ADN G4. El equipo acaba de destacar el papel esencial de esta estructura en la regulación de la expresión de genes asociados a la memoria a largo plazo.

Este estudio, publicado en Revista de neurociencia, constituye la primera evidencia de que este ADN G-quadruplex se encuentra en las neuronas y que participa activamente en la modulación y expresión de diferentes estados de memoria.

¿Qué es el ADN G-quadruplex o el ADN G4? Normalmente, el ADN de nuestras células adopta una conformación estándar llamada ADN-B. Se trata de la famosa doble hélice del ADN que fue descrita por primera vez por James Watson (nacido en 1926), Francis Crick (1916-2004) y Maurice Wilkins. (1916-2004) en 1953.

Aunque fuertemente presente en todas nuestras células, esta conformación del ADN no es la única. De hecho, el ADN puede plegarse en otras estructuras como el ADN-A y el ADN-Z, que también son dobles hélices, pero un poco diferentes.

Además de estas estructuras de doble hélice, el ADN puede adoptar otras conformaciones como la de horquilla, la unión de Holliday, el ADN triple que es un ADN de tres cadenas y finalmente el ADN cuádruplex G.

Gran importancia en la consolidación de la memoria.

Se forman estructuras cuádruplex en ácidos nucleicos como el ADN y el ARN. En dicha estructura, cuatro guaninas se mantienen unidas mediante un tipo de vínculo algo especial llamado emparejamiento de Hoogsteen.

Por lo tanto, las estructuras no se forman con dos cadenas como en el ADN B, sino con estructuras de cuatro cadenas. En esta estructura interviene un catión monovalente (ion metálico con carga positiva) para estabilizarla.

El ADN G-quadruplex es uno de los veinte estados diferentes del ADN que los investigadores han identificado hasta la fecha. Cada uno de estos estados juega potencialmente un papel particular en la regulación genética.

Durante este nuevo estudio, que se centra principalmente en la estructura G4, los investigadores descubrieron que se acumula en las células nerviosas en respuesta al aprendizaje.

Durante una fase de aprendizaje, este ADN cuádruplex G se acumula temporalmente en las neuronas. La formación del ADN G4 es muy rápida y tarda sólo unos pocos milisegundos.

Para este estudio, los investigadores trabajaron con ratones. En este animal, se dieron cuenta de que el ADN G4 interviene tanto en el aumento como en la disminución de la transcripción en las neuronas activas, dependiendo de su actividad, para permitir diferentes estados de memoria.

Este mecanismo es muy interesante, porque resalta la forma en que el ADN reacciona ante una experiencia, mostrando que no es estático, sino dinámico. Los resultados de este estudio sugieren que el ADN tiene la capacidad de almacenar información en su código, pero también en su estructura.

El miedo a la extinción, un mecanismo esencial para la supervivencia

Una de las implicaciones prácticas de esta investigación es su impacto potencial en la comprensión y el tratamiento potencial de afecciones relacionadas con la memoria, como la extinción del miedo, un mecanismo de supervivencia fundamental.

El miedo es una emoción que todos sentimos. Surge de la amenaza de daño físico, emocional o psicológico, real o imaginario. Aunque se considera una emoción negativa, el miedo en realidad juega un papel esencial en nuestra seguridad, porque nos moviliza ante el peligro.

La extinción de este miedo depende de la formación de nuevos recuerdos a largo plazo con elementos ambientales similares. Estos nuevos recuerdos compiten con el recuerdo vinculado al miedo y lo reemplazan.

La formación de estos nuevos recuerdos depende de cambios coordinados en la expresión genética. Este es un proceso que depende de las interacciones temporales entre la maquinaria transcripcional y una variedad de estructuras de ADN, como el ADN G-quadruplex.

Este descubrimiento no sólo amplía la comprensión fundamental de cómo funciona el ADN como dispositivo de control transcripcional, sino que también allana el camino para futuros estudios que podrían conducir a terapias innovadoras para diversos trastornos psiquiátricos, aprovechando la naturaleza dinámica del ADN en el cerebro.

Fuente :

Paul R. Marshall, Joshua Davies, Qiongyi Zhao, Wei-Siang Liau, Yujin Lee, Dean Basic, Ambika Periyakaruppiah, Esmi L. Zajaczkowski, Laura J. Leighton, Sachithrani U. Madugalle, Mason Musgrove, Marcin Kielar, Arie Maeve Brueckner, Hao Gong, Haobin Ren, Alexander Walsh, Lech Kaczmarczyk, Walker S. Jackson, Alon Chen, Robert C. Spitale y Timothy W. Bredy, “DNA G-Quadruplex es un dispositivo de control transcripcional que regula la memoria”, Revista de neurociencia, 10 de abril de 2024, 44 (15) e0093232024; DOI: https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.0093-23.2024

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