Antecedentes

Los estudios de asociación del genoma completo (GWAS) han descubierto durante décadas miles de variantes genéticas relacionadas con enfermedades autoinmunes principales, como la artritis reumatoide y la enfermedad inflamatoria intestinal. Más del 90% de las variantes que aumentan la susceptibilidad a la enfermedad se encuentran en regiones no codificantes que no cambian directamente los aminoácidos de las proteínas. La mayoría de los investigadores han supuesto que estas variantes afectan a potenciadores o promotores que regulan la expresión de los genes causales.

El problema es que, con la información de la secuencia de bases unidimensional, resulta difícil determinar con qué gen diana entra en contacto físico una variante específica. Esto se debe a que es común que las variantes y los genes estén separados por cientos de miles de pares de bases (bp) en el mapa genómico lineal. Las tecnologías existentes de análisis de la estructura tridimensional de la cromatina, como Hi-C, carecían de precisión, con una resolución limitada a unidades de varios kilobases (kb). Además, era casi imposible observar por separado los cambios sutiles en el plegamiento que se manifiestan únicamente en el alelo portador de la variante procedente de uno de los progenitores (materno o paterno). En consecuencia, la identificación de las variantes causales que desencadenan la respuesta inflamatoria entre las numerosas variantes de riesgo descubiertas estadísticamente experimentó un largo estancamiento.

Hallazgo clave

Los investigadores combinaron una tecnología de captura de la estructura tridimensional de la cromatina de ultra alta resolución con un método de análisis específico de alelo para examinar el genoma de las células inmunitarias de pacientes con enfermedades inflamatorias a un nivel inferior al kilobase. Al comparar con precisión la formación de bucles de cromatina entre el alelo que presenta un polimorfismo de un solo nucleótido (SNP) y el alelo de tipo silvestre, confirmaron que una variante de enfermedad específica crea un nuevo sitio de unión para la proteína CTCF, responsable del mantenimiento de la estructura de la cromatina.

El nuevo sitio de unión de CTCF (neo-CTCF site) creado generó bucles de cromatina anormales que no existían previamente. Esto provocó una reorganización estructural en la que el límite, que originalmente actuaba como aislante, se vio alterado, permitiendo que el promotor de un gen promotor de inflamación a larga distancia y un potenciador activo entraran en contacto directo. Cuando los investigadores corrigieron la secuencia de la variante mediante tecnología de edición genética en líneas de células inmunitarias, la formación del bucle anormal desapareció y los niveles de expresión de las citocinas inflamatorias, que se secretaban en exceso, se normalizaron a los niveles basales.

Mientras que las investigaciones anteriores se centraban únicamente en los cambios en la afinidad de unión de los factores de transcripción debido a las variantes, este logro demuestra claramente, como un mecanismo molecular, que una variante de nucleótido único no codificante puede reorganizar por completo las fronteras de aislamiento estructural 3D, desencadenando la enfermedad.

Significado y perspectivas

Este estudio transforma el método de interpretación funcional de las variantes descubiertas por GWAS, pasando de una base de secuencia unidimensional a una dimensión de topología genómica tridimensional de alta resolución. Esto se debe a que se ha completado la cadena causal a nivel molecular de cómo las variantes no codificantes alteran la topología genómica espacial a nivel de un solo nucleótido y activan la cascada autoinmune.

En el futuro, es probable que este sistema se consolide como un marco de análisis estándar para seleccionar variantes causales y mapear genes diana no solo en enfermedades inflamatorias crónicas, sino también en todo el espectro de las enfermedades genéticas complejas. Sin embargo, el alto costo y la complejidad computacional del análisis de la estructura 3D de la cromatina de alta resolución son desafíos pendientes para su aplicación en grandes grupos de pacientes. También debe seguirse la acumulación de bases de datos adicionales que reflejen plenamente la diversidad de los bucles de cromatina que varían dinámicamente según el tipo de organización y la etapa de diferenciación celular.