El ADN eucariota está empaquetado en una estructura de orden superior conocida como cromatina 1,2. El nucleosoma es la unidad fundamental de la cromatina, que consiste en aproximadamente 147 pb de ADN envuelto alrededor de las histonas del núcleo octamérico 3,4. La cromatina desempeña un papel fundamental en las células eucariotas; por ejemplo, la estructura compacta protege el ADN de factores endógenos y amenazas exógenas5. La estructura de la cromatina cambia dinámicamente de acuerdo con la fase del ciclo celular y los estímulos ambientales, y estos cambios controlan el acceso a las proteínas durante las transacciones del ADN, como la replicación, la transcripción y la reparación6. La dinámica de la cromatina también es importante para la estabilidad genómica y la información epigenética.
La cromatina está regulada dinámicamente por varios factores, incluidas las modificaciones de la cola de las histonas y los organizadores de la cromatina, como los remodeladores de la cromatina, las proteínas del grupo polycomb y las chaperonas de histonas7. Las chaperonas de histonas coordinan el ensamblaje y desensamblaje de nucleosomas a través de la deposición o desprendimiento de histonas centrales 8,9. Los defectos en las chaperonas de histonas inducen inestabilidad genómica y causan trastornos del desarrollo y cáncer 9,10. Varias chaperonas de histonas no necesitan consumo de energía química como la hidrólisis de ATP para ensamblar o desensamblar nucleosomas 9,11,12,13. Recientemente, los investigadores informaron que las ATPasas AAA+ (ATPasa asociadas con diversas actividades celulares) que contienen bromodominios desempeñan un papel en la dinámica de la cromatina como chaperonas de histonas 14,15,16,17. La ATAD2 humana (proteína 2 que contiene el dominio AAA de la familia ATPasa) promueve la accesibilidad de la cromatina para mejorar la expresión génica18. Como co-regulador transcripcional, ATAD2 regula la cromatina de los factores transcripcionales oncogénicos14, y la sobreexpresión de ATAD2 se relaciona con un mal pronóstico en muchos tipos de cáncer19. Yta7, el homólogo de ATAD2 por Saccharomyces cerevisiae (S. cerevisiae), disminuye la densidad de nucleosomas en la cromatina15. Por el contrario, Abo1, el homólogo de ATAD2 de Schizosaccharomyces pombe (S. pombe), aumenta la densidad de nucleosomas16. Utilizando una técnica única de imagen de una sola molécula, la cortina de ADN, se aborda si Abo1 contribuye al ensamblaje o desensamblaje de nucleosomas17,20.
Tradicionalmente, las propiedades bioquímicas de las biomoléculas han sido examinadas mediante experimentos masivos como el ensayo de desplazamiento de movilidad electroforética (EMSA) o la coinmunoprecipitación (co-IP), en los que se sondean un gran número de moléculas y se caracterizan sus propiedades medias21,22. En los experimentos a granel, los subestados moleculares están velados por el efecto conjunto-promedio, y el sondeo de las interacciones biomoleculares está restringido. Por el contrario, las técnicas de una sola molécula eluden las limitaciones de los experimentos masivos y permiten la caracterización detallada de las interacciones biomoleculares. En particular, las técnicas de imagen de molécula única se han utilizado ampliamente para estudiar las interacciones ADN-proteína y proteína-proteína23. Una de estas técnicas es la cortina de ADN, una técnica única de imagen de molécula única basada en la microfluídica y la microscopía de fluorescencia de reflexión interna total (TIRFM)24,25. En una cortina de ADN, cientos de moléculas individuales de ADN están ancladas a la bicapa lipídica, lo que permite el movimiento bidimensional de las moléculas de ADN debido a la fluidez lipídica. Cuando se aplica el flujo hidrodinámico, las moléculas de ADN se mueven a lo largo del flujo en la bicapa y se atascan en una barrera de difusión, donde se alinean y se estiran. Mientras el ADN se tiñe con agentes intercalantes, se inyectan proteínas marcadas con fluorescencia y se utiliza TIRFM para visualizar las interacciones proteína-ADN en tiempo real a nivel de una sola molécula23. La plataforma de cortina de ADN facilita la observación de los movimientos de las proteínas, como la difusión, la translocación y la colisión 26,27,28. Además, la cortina de ADN se puede utilizar para el mapeo de proteínas en el ADN con posiciones, orientaciones y topologías definidas o se puede aplicar al estudio de la separación de fases de proteínas y ácidos nucleicos 29,30,31.
En este trabajo, se utiliza la técnica de cortina de ADN para proporcionar evidencia de la función de las chaperonas a través de la visualización directa de proteínas específicas. Además, debido a que DNA Curtain es una plataforma de alto rendimiento, facilita un grado de recopilación de datos suficiente para la confiabilidad estadística. Aquí, se describe cómo realizar el ensayo de cortina de ADN en detalle para investigar el papel molecular de la ATPasa AAA+ que contiene bromodominios de S. pombe Abo1.