You are here

    • You are here:
    • Home > Human nucleus transcription activity captured at unprecedented nanometric resolution

Human nucleus transcription activity captured at unprecedented nanometric resolution

NewsNEWS

21
Dec
Tue, 21/12/2021 - 10:14

Human nucleus transcription activity captured at unprecedented nanometric resolution

EN CASTELLANO/EN CATALÀ

Images taken via super-resolution microscopy reveal how the human nucleus organises transcription at much higher resolution than previously possible. According to the authors of a new study in the journal Nucleic Acids Research, the images shed light on how RNAs are produced in the immediate surroundings of active genes.

An international team led by the Centre for Genomic Regulation’s (CRG) Pia Cosma and the Bioland Laboratory at the Guangzhou Institutes of Biomedicine and Health (GIBH) in Guangzhou, China, reveals with nanometric resolution the distances of interaction between molecules that play a key role in transcription – small clusters of chromatin called clutches, the enzyme RNA Polymerase II and RNA.

The authors of the study found that newly transcribed RNA molecules are regulated in a more fine and precise way than previously thought. The findings are important because they further understanding about the organisation of chromatin, which is critical for a cell’s ability to tune the expression of thousands of genes and respond to its variable needs.

Transcription, once thought as an outcome of this organization, has proved to be a main player in actively shaping the chromatin. According to Alvaro Castells, Associate Researcher at the Bioland laboratory and first author of the paper, “The traditional way of describing transcription was for it happening in big, dense regions including many molecules of the transcription machinery, without a clear organization. This study hints towards a finer and more precisely regulated process in which the newly transcribed RNA accumulates in smaller clusters around the actively transcribed regions of the DNA.”

Previous techniques could visualize active areas of transcription, but not give precise information about their shape and size. To improve image resolution, the researchers used a special type of super resolution microscopy that can obtain precise positional information of single molecules.

This technique provides a resolution ten times higher than conventional fluorescent microscopy. By combining these techniques with computational analysis, the researchers were able to precisely identify and quantify these RNA nanodomains and their interaction with RNA Polymerase II and chromatin.

“These images were captured thanks to several image and analytical methods we developed,” says ICREA Research Professor Pia Cosma, Group Leader at the CRG. “What’s particularly unique about this study is that it helped us visualize nascent RNAs at unprecedent resolution and see nascent RNA physical location with respect to the active nucleosome clutches. We next plan on using this type of analysis to look into gene expression kinetics more accurately.”

EN CASTELLANO

Capturan la actividad de transcripción en el núcleo de una celúla humana con una resolución nanométrica

Un equipo científico ha usado la microscopía de superresolución para deducir cómo el núcleo de una celúla humana organiza la transcripción. Los resultados son imágenes de alta resolución sin precedentes. Según los autores de un nuevo estudio publicado hoy en la revista Nucleic Acids Research, las imágenes arrojan nueva luz sobre cómo se producen los ARN en el entorno inmediato de los genes activos.

Un equipo internacional liderado por Pia Cosma del Centro de Regulación Genómica (CRG) y el Laboratorio Bioland del Instituto de Biomedicina y Salud de Guangzhou (GIBH por sus siglas en inglés) en Guangzhou, China, revela con resolución nanométrica las distancias de interacción entre las moléculas que juegan un papel clave en la transcripción: pequeños grupos de cromatina – conocidos como ‘clutches’ en inglés –, la enzima ARN polimerasa II y el ARN.

El equipo descubrió que las moléculas de ARN recién transcritas están reguladas de una manera más fina y precisa de lo que se pensaba. Los hallazgos son importantes porque contribuyen al conocimiento de la organización de la cromatina, algo fundamental para la capacidad de una célula de sintonizar la expresión de miles de genes y responder a sus necesidades variables.

La transcripción ha demostrado ser un actor principal en la formación activa de la cromatina y no el simple resultado de este proceso. Según Álvaro Castells, investigador asociado del laboratorio Bioland y primer autor del estudio, “la forma tradicional de describir la transcripción decía que ocurría en regiones grandes y densas que incluían muchas moléculas de la maquinaria de transcripción, sin una organización clara. Este estudio apunta hacia un proceso más fino y regulado con mayor precisión, en el que el ARN recién transcrito se acumula en grupos más pequeños alrededor de las regiones transcritas activamente del ADN.”

Anteriormente, las técnicas de visualización podían visualizar áreas activas de transcripción, pero no brindar información precisa sobre su forma y tamaño. Para mejorar la resolución de la imagen, el equipo utilizó un tipo especial de microscopía de súperresolución que puede obtener información de la posición precisa de moléculas a nivel individual.

Esta técnica proporciona una resolución diez veces mayor que la microscopía fluorescente convencional. Al combinar estas técnicas con el análisis computacional, el equipo pudo identificar y cuantificar con precisión los nanodominios de ARN y su interacción con la ARN polimerasa II y la cromatina.

“Estas imágenes fueron capturadas gracias a varios métodos analíticos y de imagen que desarrollamos”, afirma la profesora investigadora ICREA Pia Cosma, jefa de grupo en el CRG. “Lo que es único en este estudio es que nos ayudó a visualizar los ARN emergentes con una resolución sin precedentes y a ver la ubicación física del ARN emergente con respecto a los ‘clutches’ de nucleosomas activos. De cara al futuro usaremos este tipo de análisis para analizar la cinética de expresión genética con mayor precisión.”

EN CATALÀ

Capturen l’activitat de transcripció amb una resolució nanomètrica

Un equip científic ha emprat la microscòpia de superresolució per a deduir com el nucli humà organitza la transcripció. Els resultats són imatges d’alta resolució sense precedents. Segons els autors d’un nou estudi publicat avui a la revista Nucleic Acids Research, les imatges ajuden a esclarir com es produeixen els ARN en l’entorn immediat dels gens actius.

Un equip internacional liderat per Pia Cosma del Centre de Regulació Genòmica (CRG) i el Laboratori Bioland de l’Institut de Biomedicina i Salut de Guangzhou (GIBH per les seves sigles en anglès) a Guangzhou, Xina, revela amb resolució nanomètrica les distàncies d’interacció entre les molècules que juguen un paper clau en la transcripció: petits grups de cromatina –coneguts com postes-, l’enzim ARN polimerasa II i l’ARN.

L’equip descobrí que les molècules d’ARN acabades de transcriure estan regulades d’una manera més fina i precisa del que es pensava. Les troballes són importants perquè contribueixen al coneixement de l’organització de la cromatina, quelcom fonamental per a la capacitat d’una cèl·lula de sintonitzar l’expressió de milers de gens i respondre a les seves necessitats variables.

La transcripció ha demostrat ésser un actor principal en la formació activa de la cromatina i no el simple resultat d’aquest procés. Segons Álvaro Castells, investigador associat del laboratori Bioland i primer autor de l’estudi, “la forma tradicional de descriure la transcripció deia que es produïa en regions grans i denses que incloïen moltes molècules de la maquinària de transcripció, sense una organització clara. Aquest estudi apunta cap a un procés més fi i regulat amb una precisió més gran, en què l’ARN acabat de transcriure s’acumula en grups més petits al voltant de les regions transcrites activament de l’ADN.”

Anteriorment, les tècniques de visualització podien visualitzar àrees actives de transcripció, però no brindar informació precisa sobre la seva forma i dimensió. Per a millorar la resolució de la imatge, l’equip utilitzà un tipus especial de microscòpia de superresolució que pot obtenir informació de la posició precisa de molècules a nivell individual.

Aquesta tècnica proporciona una resolució deu vegades més gran que la microscòpia de fluorescència convencional. Al combinar aquestes tècniques amb l’anàlisi computacional, l’equip pogué identificar i quantificar amb precisió els nanodominis d’ARN i la seva interacció amb l’ARN polimerasa II i la cromatina.

“Aquestes imatges es captaren gràcies a diversos mètodes analítics i d’imatge que desenvolupàrem”, afirma la professora d’investigació ICREA Pia Cosma, cap de grup al CRG. “El que és únic en aquest estudi és que ens ajudà a visualitzar els ARN emergents amb una resolució sense precedents i a veure la ubicació física de l’ARN emergent respecte a les postes de nucleosomes actius. De cara al futur emprarem aquest tipus d’anàlisi per a analitzar la cinètica de l’expressió genètica amb una precisió més gran.”