A medida que el aire continúa secándose y las temperaturas bajan, la batalla anual contra las manos y la piel secas ha comenzado oficialmente. Una nueva investigación de la Universidad Northwestern ha encontrado nueva evidencia en lo profundo de la piel sobre los mecanismos que controlan la reparación y renovación de la piel.

La función de barrera de la piel le da la capacidad única de combatir los problemas del invierno y retener agua para nuestro cuerpo. La capa externa de la piel, la epidermis, se revuelve constantemente para reemplazar las células muertas o dañadas, creando nuevas células para reforzar la función de barrera y curar el daño. Los mecanismos reguladores de genes que controlan el recambio de la epidermis siguen sin comprenderse completamente.

"Cada mes estamos cubiertos con una nueva capa de epidermis", dijo Xiaomin Bao de Northwestern, quien dirigió el estudio. "La siguiente pregunta es ¿qué implica ese proceso?"

El documento se publicó en la revista Nature Communications.

Bao es profesor asistente de biociencias moleculares en la Facultad de Artes y Ciencias de Weinberg con un cargo conjunto en el Departamento de Dermatología de la Facultad de Medicina de Feinberg.

'Basura' genética

La comunidad científica ha desarrollado un amplio conocimiento sobre las proteínas, los caballos de batalla de diversas actividades celulares. Sin embargo, las proteínas solo están codificadas por menos del 2% del genoma humano. Quedan muchos misterios sobre la naturaleza de los intrones, segmentos de ADN no codificantes que constituyen el 24% del genoma humano.

A pesar de la creencia general de que los intrones no son más que "basura genética", en realidad desempeñan un papel fundamental en la modulación de la transcripción del ARN a lo largo de la vida útil de un tejido. La transcripción de ARN es el primer paso de la expresión génica, en el que la información del ADN se copia en ARN, que luego se utiliza como plantilla para sintetizar proteínas para impulsar la función específica de una célula.

Dependiendo de dónde termine la transcripción, en un intrón o al final de un gen, una célula madre epidérmica seguirá siendo una célula madre o se convertirá en una función de barrera celular específica. Bao dijo que si bien es bien sabido que la transcripción termina al final de un gen, la investigación de su laboratorio encontró datos contradictorios.

"Encontramos muchos sitios donde termina la transcripción, no solo al final de un gen, sino a menudo dentro de un intrón en el medio de un gen", dijo Bao. "Incluso los mismos genes pueden tener diferentes patrones de terminación de la transcripción en las células madre epidérmicas frente a las células diferenciadas terminalmente".

El hallazgo puede aplicarse a muchos más sistemas regenerativos autorrenovables en el cuerpo humano. La investigación futura podría tener implicaciones en la investigación del carcinoma.

Tecnología crítica para el descubrimiento de fenómenos

Las células de la piel están ganando popularidad entre los investigadores en parte debido a sus propiedades regenerativas y su disposición para crecer en cultivos. Esto permite a los investigadores aplicar una variedad de tecnologías de vanguardia. Al hacer crecer las células de la piel y regenerar el tejido de la piel en una placa de Petri, Bao Lab puede experimentar con este tejido de rápido crecimiento para determinar los mecanismos moleculares y los elementos reguladores dentro del ADN.

“El desarrollo tecnológico es un factor clave que nos permitió descubrir este nuevo fenómeno”, dijo Bao.

El equipo utilizó una técnica genómica novedosa que mapea con precisión dónde se detiene la transcripción. La integración de enfoques proteómicos identificó proteínas de unión a ARN que leen secuencias reguladoras específicas en los intrones. El equipo aprovechó aún más la tecnología CRISPR para eliminar secuencias genómicas en el intrón, lo que proporcionó evidencia directa que demuestra las funciones esenciales de los intrones en la modulación de la expresión génica.

Antes de esta investigación, se desconocían los mecanismos que implican a los intrones para gobernar el cambio entre una célula madre de la piel y un estado terminalmente diferencial (por ejemplo, una célula que participa en la formación de una barrera cutánea). La mayoría de los estudios ignoraron los intrones, a pesar de que representan de 10 a 20 veces más secuencias que las regiones codificantes de proteínas (exones) en el genoma humano.

El estudio muestra que diferentes genes pueden involucrar diferentes conjuntos de proteínas de unión a ARN para reconocer las secuencias reguladoras en sus intrones. Estas proteínas de unión a ARN ayudan a que el ARN en maduración "decida" si cortar la transcripción temprano o ignorar los sitios de terminación dentro de un intrón durante la diferenciación debido a cambios en la disponibilidad de proteínas.

"Apenas estamos empezando a apreciar las funciones del intrón en la salud y las enfermedades humanas", dijo Bao.

Los resultados del estudio podrían tener un impacto más amplio porque, según Bao, los procesos que regulan las células de la piel casi definitivamente no están restringidos a las células de la piel. Las investigaciones futuras sobre otros sistemas, incluidos otros tejidos epiteliales, probablemente descubrirán patrones similares.

"Tenemos muchas esperanzas de que lo que hemos encontrado sea el primer paso para saber lo que hemos ignorado en el pasado", dijo Bao. "Con la contribución del genoma no codificante y, en este caso, en particular la contribución de los intrones, esta información es reveladora para la expresión génica. Mis estudiantes también quieren saber más sobre las proteínas de unión al ARN que brindan especificidad para determinar qué sitio usar. para terminar la transcripción".