Investigadores del Grupo Knipscheer del Instituto Hubrecht (Países Bajos), en colaboración con el Instituto Karolinska (Suecia), han descubierto un sorprendente mecanismo que mantiene las estructura en forma de nudos del ADN bajo control. Su trabajo, publicado en 'Science', podría conducir a nuevas formas de tratar enfermedades como el cáncer.
En profundidad
Cabe tener en cuenta que no todo el ADN se asemeja a la conocida escalera retorcida. A veces, partes de nuestro código genético se pliegan en formas inusuales. Una de estas estructuras, el G-cuádruplex (G4), se asemeja a un nudo. Estos nudos pueden desempeñar un papel importante en la activación o desactivación de genes. Pero si no se desenredan a tiempo, pueden dañar nuestro genoma.
No obstante, los G4 son armas de doble filo. Por una parte, contribuyen a la regulación genética, pero si no se desenredan a tiempo, pueden causar mutaciones, alterar la expresión génica e incluso provocar cáncer o envejecimiento prematuro. Por lo tanto, las células necesitan herramientas para desenredar estos nudos de forma rápida y eficaz.
Para estudiar con precisión cómo las células desenredan las estructuras G4, los investigadores necesitaban un sistema que reprodujera este proceso fuera de las células vivas. Utilizaron extractos de proteínas de huevos de rana ( Xenopus laevis ). Estos extractos contienen casi todo lo que se encuentra dentro de una célula real, especialmente proteínas necesarias para la replicación y reparación del ADN. Esta configuración permitió al equipo introducir ADN con estructuras G4 y observar el proceso gradual de desenredado. También pudieron identificar las proteínas que impulsan este mecanismo.
Utilizando este sistema, los investigadores descubrieron una sorprendente función nueva para las moléculas de ARN. "Con la ayuda de proteínas conocidas por su papel en la reparación del ADN, el ARN se une a la hebra de ADN opuesta a la estructura G4, formando una estructura llamada 'bucle G'. Esta estructura de bucle G es un intermediario importante en el mecanismo de desenredado y protege al genoma de la degradación", comenta el primer autor, Koichi Sato. Si bien el ARN es más conocido por su función en la producción de proteínas a través de la traducción, este mecanismo añade una función previamente desconocida para el ARN en la protección del genoma.
El bucle G actúa como una plataforma de aterrizaje para proteínas adicionales. Estas proteínas desatan el nudo G4, lo descomponen y transforman el ADN a su forma normal de doble hélice. En concreto, el equipo descubrió que el bucle G ayuda a desatar los nudos G4 en todo el genoma.
De esta forma, observaron que el bucle G introduce proteínas que normalmente reparan el daño en el ADN. Pero aquí, la célula trata la estructura G4 como si fuera ADN dañado, lo que desencadena una respuesta al daño del ADN. Esto permite a la célula actuar con rapidez y prevenir problemas graves más adelante. Mejor aún, el proceso renueva el ADN circundante y elimina las modificaciones dañinas.
Más detalles
En este trabajo, los investigadores demostraron la importancia de este mecanismo para la salud celular. Cuando falla, se acumulan G4 y causan graves problemas cuando es necesario copiar el ADN antes de la división celular. Esto provoca la ruptura del ADN y bloquea el crecimiento celular.
El descubrimiento del mecanismo del bucle G responde a preguntas científicas clave sobre cómo las células protegen su ADN y podría abrir el camino a futuras terapias. Muchos cánceres están relacionados con problemas en la reparación del ADN. Las estructuras G4 son particularmente abundantes en las células cancerosas, y si las células no pueden desvincularlas, esto provocará daño al ADN y muerte celular.
Abordar el mecanismo del bucle G podría ser una forma inteligente de atacar las células cancerosas en sus puntos débiles. Por ejemplo, al aumentar el número de nudos G4 o bloquear su reparación, las células cancerosas podrían ser eliminadas selectivamente. Sin embargo, se necesita más investigación para determinar si esto realmente puede detener el crecimiento de las células cancerosas.