Robert E. Kingston (nacido en 1954) es un bioquímico y genetista estadounidense que estudia el papel funcional y regulador que desempeñan los nucleosomas en la expresión genética, específicamente durante el desarrollo temprano. [1] Después de recibir su doctorado (1981) y completar la investigación posdoctoral, Kingston se convirtió en profesor asistente en el Hospital General de Massachusetts (1985), donde comenzó un laboratorio de investigación centrado en comprender la estructura de la cromatina con respecto a la regulación transcripcional. [1] Como graduado de Harvard, Kingston ha servido a su alma mater a través de su liderazgo. [1]
Fue director del programa de doctorado en Ciencias Biológicas y Biomédicas de Harvard de 2004 a 2007, presidente del departamento de biología molecular del Hospital General de Massachusetts de 2005 a 2023, vicepresidente del departamento de genética de la Facultad de Medicina de Harvard y presidente del comité ejecutivo de investigación del Hospital General de Massachusetts de 2012 a 2015. [2] [1] En noviembre de 2022, fue nombrado director académico inaugural y vicepresidente sénior de investigación y educación del Hospital General de Massachusetts a partir de enero de 2023. [3]
Además de ser profesor de genética en la Facultad de Medicina de Harvard, Kingston organiza con frecuencia conferencias y escribe editoriales sobre sus intereses de investigación. [1] En 2016, sus pares lo eligieron miembro de la Academia Nacional de Ciencias. [2]
Kingston se graduó en la Universidad de Harvard en 1976. [1] Cuatro años más tarde, completó su doctorado sobre mecanismos reguladores bacterianos en la Universidad de California, Berkeley, bajo la tutoría de Michael Chamberlin . [1] Luego realizó una investigación postdoctoral sobre mecanismos postranscripcionales de mamíferos en el Instituto Tecnológico de Massachusetts bajo la supervisión del Dr. Philip Sharp . [1]
La investigación de Kingston continúa teniendo un impacto significativo en la biología del desarrollo y la epigenética, ya que se centra en una característica importante de la expresión génica eucariota: la remodelación de la cromatina. [2] Su investigación se puede aplicar al campo de la terapia génica, específicamente a los principios relacionados con la regulación de la cromatina. [2]
En 1981, Kingston recibió su doctorado después de trabajar en una serie de iniciativas de investigación relacionadas con la regulación y expresión del genoma. A través de un estudio in vitro que mapeó los sitios de terminación dependientes de la proteína nusA, descubrió que la transcripción de ARNr in vivo está regulada por la atenuación de torniquete, un mecanismo que termina las cadenas rrnB en la región líder. [4] Descubrió que esto sucede debido a la presencia y ubicación específicas de los sitios de pausa, ubicados a 90 y 91 bases del promotor P1, que son sensibles a la presencia de la proteína nusA y la concentración del nucleótido regulador guanosina tetrafosfato. [4]
Después de reconocer que el gen myc estaba involucrado en la formación de tumores, Kingston trazó un paralelo entre la presencia del gen myc y el aumento de la expresión genómica de HSP70. [5] También descubrió que la expresión genómica de HSP70 también depende de estreses fisiológicos.5 El análisis de las secuencias genéticas mostró que el choque térmico, la inducción de cadmio y la respuesta a la metalotioneína II son necesarios para la expresión del gen HSP70 durante el nivel primario de transcripción. [6] Observó que mientras que los factores fisiológicos tienen un papel en un dominio (distal) del promotor HSP70, el otro dominio (proximal) es más sensible a la estimulación sérica. [6] Después de realizar experimentos de transcripción in vitro , Kingston descubrió que existe un factor de transcripción de choque térmico (HSTF) que permite las interacciones con el elemento de choque térmico (HSE), y que el promotor del gen HSP70 también depende de un factor de transcripción de unión a CCAAT-box (CTF) para la transcripción dependiente de CCAAT-box. [7] Se utilizaron sistemas libres de células in vitro que tienen activación inducida por calor del factor de choque térmico humano (HSF) para determinar que a 43 °C, el HSF sufre una modificación postraduccional hasta el punto de poder unirse a una secuencia de ADN específica, HSE. [8]
Los principales intereses de investigación de Kingston giran en torno a la remodelación de la cromatina, y sus avances en este campo comenzaron cuando descubrió las responsabilidades de las subunidades funcionales de SWI/SNF, un complejo de remodelación de la cromatina que hace que factores de transcripción específicos se unan al ADN nucleosómico. [9] Definió que dos subunidades de SWI/SNF, BRG1 y BAF155, junto con los dominios de unión al ADN de dedos de zinc (DBD) de EKLF se pueden utilizar para remodelar la cromatina, lo que significa que estos dominios específicos de SWI/SNF tienen un efecto en la remodelación del nucleosoma dirigida por factores de transcripción. [9] También pudo concluir que diferentes dominios de factores de transcripción dirigen los complejos SWI/SNF a la cromatina de una manera selectiva de genes. [9] Su trabajo sobre el ADN nucleosómico se extiende a sus hallazgos sobre la proteína de unión a TATA (TPB), específicamente cómo la remodelación dinámica de la cromatina puede permitir que la TPB se una a la secuencia TATA. Su trabajo sobre SWI/SNF lo llevó a concluir que estas dos subunidades son responsables de una función de “activación” relacionada con la transcripción. [10] Esto se debe a que un complejo SWI/SNF humano purificado medió la interrupción dependiente de ATP de una barrera nucleosomal, lo que resultó en la unión de activadores SWI/SNF (GAL4-VP16 y GAL 4-AH) al núcleo del nucleosoma. [11] Dado que la secuencia TATA está dentro de un nucleosoma, agregar ATP hará que SWI/SNF humano reconozca su estructura de cromatina y altere la secuencia de ADN nucleosomal para que el TPB pueda acceder y unirse a ella. [10] Desde una perspectiva más amplia, esto permite una mayor expresión génica eucariota, ya que se regulará una variedad de promotores eucariotas. [10]
Debido a que el complejo represor Polycomb 1 (PRC1) contiene varias proteínas que trabajan juntas para reprimir la remodelación de la cromatina del complejo SWI/SNF, Kingston refinó un método para reconstituir un complejo estable de proteínas que juntas forman una “estructura de cromatina” que excluye el SWI/SNF humano. [12] Kingston descubrió que para formar el complejo que silencia la remodelación de la cromatina, debe ser estable y compacto. [13] A través de la microscopía electrónica, descubrió que los componentes de PRC 1 inducen la compactación de las matrices nucleosomales. [13] La compactación de la cromatina ocurre en presencia de tres nucleosomas y una región de peines sexuales posteriores juntos. [13] Su trabajo con las proteínas Polycomb se extiende aún más, ya que ayudó a desarrollar un método de secuencia RIP para capturar el transcriptoma del complejo represor Polycomb 2 (PRC2) en células madre embrionarias. [14] Al observar que las proteínas Polycomb influyen en la renovación de las células madre y la formación de enfermedades, el descubrimiento de Kingston de las interacciones directas (subunidad Ezh2) y los cofactores PRC2 (ARN Gtl2) realmente contribuyeron a identificar la función de las proteínas Polycomb dentro del genoma. [14] El gran interés del Dr. Kingston en la remodelación de la cromatina también se mostró a través de su investigación sobre la purificación de las proteínas asociadas con la remodelación de la cromatina. [15] Estableció un protocolo, Proteómica de segmentos de cromatina aislados (PICh), donde se utiliza una sonda de ácido nucleico específica para aislar el ADN genómico con respecto a la cantidad y pureza de las proteínas asociadas. [15] El protocolo PlCh se utilizó luego en la cromatina telomérica para identificar factores teloméricos y dio como resultado el hallazgo de una serie de asociaciones novedosas. [15] Los avances del profesor Kingston en el campo de la biotecnología se extienden al desarrollo de protocolos de transfección de células eucariotas, ya que también desarrolló dos métodos de transfección de fosfato de calcio para transfecciones transitorias y estables. [16] Estos dos métodos utilizan un precipitado para introducir ADN plasmídico en cultivos celulares monocapa. [16] La diferencia entre ellos es que uno utiliza una solución tamponada con HEPES mientras que el otro utiliza un sistema tamponado con BES, pero ambos forman un precipitado sobre las células y permiten niveles similares de expresión transitoria. [16]
La investigación de Kingston en torno a la remodelación de la cromatina se centra en comprender cuánto tiempo los ARN no codificantes (lncRNA) desempeñan un papel en los sitios de unión de la cromatina. [17] Pudo mapear el genoma de NEAT1 y MALAT (ambos lncRNA) y descubrió que localizan genes hiperactivos. [17] Su investigación también sugiere que NEAT1 y MALAT interactúan con proteínas complementarias. [17] Encontró que las secuencias de ADN subyacentes no son responsables de dirigir NEAT1 a la cromatina, sino que son más bien secuencias transcripcionales las que le permiten unirse a los sitios de la cromatina. [17] El trabajo de Robert Kingston con lncRNA se extiende, ya que también descubrió que DIGIT interactúa con la proteína 3 que contiene bromodominio ( BRD3 ). [18] Encontró que trabajan juntos para regular la diferenciación del endodermo transcripcionalmente. [18]
Kingston descubrió otro gran avance: una interacción proteína-proteína afectaba la remodelación de la cromatina en el sistema linfoide. [19] Descubrió que el complejo Ikaros-NURD es capaz de dirigirse a los complejos de remodelación de la cromatina y desacetilación de histonas in vivo . [19] Esto le permitió concluir que la remodelación de la cromatina afecta la diferenciación de los linfocitos. [19]
Uno de los mayores descubrimientos de Robert Kingston fue que la estructura de los nucleosomas se podía organizar en diferentes conformaciones para que se pudieran obtener diferentes propiedades biofísicas, incluidos los mecanismos de transcripción. [20] En concreto, se descubrió que los complejos multiproteicos que se utilizaban para la regulación transcripcional acetilaban los nucleosomas, desacetilaban los nucleosomas o alteraban la estructura de los nucleosomas cuando había ATP presente. [20] Estas alteraciones serían esencialmente una forma importante de regular la expresión génica eucariota. [20] Kingston profundizó en esto y descubrió el nuevo complejo de remodelación y desacetilación de nucleosomas (NRD). [21] A través de estudios in vitro con proteínas CHD3 y CHD4 con dominios ATPasa encontrados en factores de remodelación de la cromatina, el Dr. Kingston estableció que existía un vínculo funcional y físico entre las proteínas de remodelación de nucleosomas y las características modificadoras de la cromatina de las histonas desacetilasas. [21]