Muchas regiones repetitivas del genoma se han considerado ADN basura porque las tecnologías disponibles no permitían estudiarlas con suficiente resolución. Es el caso de los macrosatélites SST1/NBL2, considerados irrelevantes y hasta ahora prácticamente invisibles, que podrían desempeñar un papel biológico más complejo y determinante de lo que se pensaba hasta ahora en la organización del núcleo, la regulación del genoma, la vulnerabilidad cromosómica e incluso el cáncer.
Esto se desprende de un artículo publicado en la revista Trends in Genetics y liderado por las investigadoras Sonia V. Forcales, de la Facultad de Medicina y Ciencias de la Salud de la Universidad de Barcelona y el Instituto de Investigación Biomédica de Bellvitge (IDIBELL), y Gabrijela Dumbović, de la Universidad Goethe de Fráncfort (Alemania).
La investigación, publicada en la sección «Forum» de la citada revista, integra evidencias acumuladas durante años con los avances más recientes en genómica estructural sobre estos componentes bastante desconocidos del genoma humano. Puesto que SST1/NBL2 son secuencias específicas de primates, el trabajo también puede contribuir a resolver incógnitas de interés evolutivo sobre la función biológica del genoma repetitivo en humanos y otros primates.
Unas regiones repetitivas y alteradas en los tumores humanos
Los satélites SST1/NBL2 se han asociado con el cáncer, especialmente a través de alteraciones epigenéticas y transcripcionales. Se localizan, sobre todo, en los cromosomas acrocéntricos (con brazos de distinta longitud) y son un modelo muy valioso «porque concentran muchas de las características extremas del genoma repetitivo humano: son grandes secuencias repetidas en tándem, con una elevada complejidad estructural, una regulación epigenética dinámica y producción de ARN no codificantes», detalla Sonia V. Forcales, del Departamento de Patología y Terapéutica Experimental de la UB e investigadora principal del Grupo de Inmunidad, Inflamación y Cáncer del IDIBELL.
En el cáncer, estas regiones repetitivas del genoma se encuentran frecuentemente desmetiladas —pérdida de grupos químicos metilo o -CH3—, una de las alteraciones epigenéticas más frecuentes en tumores humanos. El equipo ha contribuido a caracterizar la desregulación epigenética en estos macrosatélites y a describir TNBL, un ARN no codificante derivado de regiones NBL2 frecuentemente hipometiladas en tumores. Este transcrito puede interaccionar con factores implicados en splicing (empalme), la respuesta al daño genómico y la función nucleolar.
«Esto sugiere posibles conexiones entre el genoma repetitivo y los procesos moleculares funcionales en biología tumoral. Sin embargo, todavía no sabemos hasta qué punto SST1/NBL2 participan directamente en estos procesos ni cuál es el mecanismo exacto implicado», apunta la investigadora de la UB y el IDIBELL.
Estudios recientes también han situado las regiones que contienen SST1/NBL2 entre los puntos del genoma implicados en las translocaciones robertsonianas, las reorganizaciones cromosómicas más frecuentes en humanos. Cuando estas reorganizaciones implican el cromosoma 21, pueden originar una forma de trisomía 21, responsable de una minoría de los casos de síndrome de Down.
«Estos datos no indican que SST1/NBL2 sea la única causa, pero sí refuerzan la idea de que estas regiones podrían contribuir a la vulnerabilidad estructural de los cromosomas acrocéntricos. En este contexto, estos macrosatélites son relevantes porque se sitúan en regiones acrocéntricas implicadas en este tipo de reorganizaciones, pero no puede afirmarse que sean la causa directa de la patología», indica la investigadora.
Otras enfermedades humanas también se han relacionado con familias de macrosatélites y secuencias repetitivas del genoma. Por ejemplo, el macrosatélite D4Z4 está implicado en la distrofia muscular facioescapulohumeral, y alteraciones en la metilación de regiones repetitivas como SST1/NBL2 y D4Z4 se han descrito en el síndrome ICF, una enfermedad rara asociada a inmunodeficiencia, inestabilidad cromosómica y anomalías faciales.
Una revolución en el estudio del genoma repetitivo humano
Las técnicas actuales permiten estudiar regiones del genoma consideradas irrelevantes no porque realmente lo fueran, sino porque todavía no existían las herramientas necesarias para estudiar su complejidad biológica. «El gran reto ya no es solo secuenciar por completo el genoma humano, sino entender la función de las regiones repetitivas que durante décadas quedaron fuera del foco de la genómica», indica Sonia V. Forcales.
Tecnologías de secuenciación de lectura larga, como Oxford Nanopore y PacBio, y los nuevos ensamblajes telómero-a-telómero (T2T) del genoma humano han revolucionado la capacidad de reconstruir regiones como SST1/NBL2 formadas por grandes arrays de secuencias repetidas muy similares entre sí, que, hasta ahora, con tecnologías más convencionales, quedaban ausentes, fragmentadas o mal representadas en los genomas de referencia. En paralelo, técnicas tradicionales (RNA-FISH, DNA-FISH, RNA pull-down o transferencia de RNA) han sido clave para estudiar su localización nuclear, la expresión de los ARN derivados de estas secuencias y sus interacciones moleculares.
Este nuevo nivel de resolución está transformando por completo la forma en que se puede estudiar el genoma repetitivo humano. Según las autoras, permitirán estudiar la variabilidad entre individuos y entre tumores, sus marcas epigenéticas y los ARN derivados de SST1/NBL2 de forma más fidedigna, por ejemplo.
En el futuro, el equipo quiere caracterizar posibles variantes o isoformas de estos ARN, así como su regulación y modificaciones epigenéticas. El objetivo es determinar si estos ARN desempeñan un papel funcional en procesos tumorales, y no son solo una consecuencia de la desregulación epigenética del cáncer.
«Aún estamos en una fase de investigación básica, pero si confirmamos que estos ARN contribuyen funcionalmente a procesos tumorales, se podrían abrir futuras vías para explorar su papel de biomarcadores o de vulnerabilidades terapéuticas», concluye la investigadora.