Cada día se producen en torno a un millón de lesiones del ADN por célula, lo que puede provocar la interrupción del proceso de replicación del ADN y la muerte de la célula. Existen varios mecanismos que permiten 'saltar' estas lesiones y continuar así el proceso de replicación. Uno de ellos se ha podido mostrar entero in vitro mediante técnicas de manipulación de moléculas individuales. El trabajo experimental se publica hoy en la revista Science.
Las lesiones del ADN son muy habituales —en torno a un millón de lesiones al día por célula—, puesto que son cadenas muy largas que a menudo están dañadas o en las que falta alguna base. Estas lesiones pueden provocar la interrupción del proceso de replicación del ADN y la muerte de la célula.
Para evitarlas, existen varios mecanismos que permiten 'saltar' la lesión para continuar el proceso de replicación del ADN. Uno de estos caminos de baipás se ha podido mostrar entero experimentalmente in vitro, en un trabajo publicado hoy en Science, mediante técnicas de manipulación de moléculas individuales.
"Este camino ya se había propuesto en los '70 y ahora hemos podido demostrarlo experimentalmente en un sistema vírico mediante la manipulación de moléculas individuales que, al contrario que las técnicas tradicionales de bioquímica que trabajan con un gran número de moléculas, permite estudiar cómo una proteína hace un trabajo en tiempo real sobre una sola molécula", explica Maria Mañosas, investigadora de la Universidad de Barcelona y líder de este nuevo estudio.
Para poder estudiar las moléculas individuales se ha utilizado la técnica de las pinzas magnéticas, que consiste en preparar moléculas de ADN unidas, por una parte a bolitas magnéticas de un micrómetro y, por la otra, a una superficie de vidrio. Un sistema de imanes genera un campo magnético que permite manipular las bolitas y aplicarles fuerzas.
Con este sistema pueden medirse cambios de longitud de las cadenas de ADN mediante la visualización en una pantalla de las bolitas magnéticas. Según Mañosas, "puede inferirse la actividad de proteínas sobre el ADN midiendo los cambios en la extensión de la molécula. Estos cambios son generados por el trabajo de las proteínas".
El proceso estudiado se inicia con la intervención de una proteína de tipo helicasa (UvsW) que promueve la unión de las cadenas de ADN, conocido como hibridación del ADN. Esta proteína también es capaz de crear una estructura intermedia (unión de Holliday) a partir de la cadena ya replicada sin lesión y, junto con la acción coordinada de la polimerasa, hacer que el sistema vuelva al punto de partida, una vez superada la secuencia con lesión, y reiniciar la reacción de replicación.
"La información perdida cuando una cadena está dañada puede recuperarse a partir de la otra cadena intacta, que actúa como copia de seguridad, fenómeno que se conoce como 'estrategia de cambio de molde'. En el trabajo también hemos estudiado los mecanismos de regulación de este camino, así como la velocidad de actuación de la UvsW, que es de 1.500 bases por segundo, una de las más rápidas que se conocen", concluye Mañosas.
La estrategia de cambio de molde
En el proceso de replicación del ADN se separan las dos cadenas que actúan de molde para la síntesis de una cadena complementaria, que se unirá a cada una de las cadenas iniciales para crear dos moléculas de ADN idénticas al original. En esta reacción actúan, entre otras, las polimerasas, unas enzimas encargadas de sintetizar las cadenas de ADN.
Cuando en una de las dos cadenas derivadas del ADN original que se está replicando hay una lesión, concretamente en la cadena conductora, la polimerasa deja de sintetizar las bases, por lo que detiene el proceso de replicación. "Detener este proceso puede generar problemas en los mecanismos de crecimiento de las células", afirma Mañosas. "Cuando todo el mecanismo de replicación (replisoma) se desensambla, se inicia el camino de baipás estudiado en este trabajo", señala la autora.
La reparación y evasión de lesiones en el ADN es fundamental en muchas enfermedades. Conocer a fondo estos fenómenos permitiría actuar sobre proteínas que tienen funciones similares a la UvsW en humanos, cuya disfunción tiene un papel relevante en varias patologías. Actualmente Mañosas trabaja en el estudio de una proteína humana denominada HARP para conocer su funcionamiento, ya que se sabe que tiene un rol importante en el proceso de mantenimiento del genoma y que su disfunción está relacionada con distintos tipos de cáncer.
Referencia bibliográfica:
Maria Manosas, Senthil K. Perumal, Vincent Croquette, y Stephen J. Benkovic. "Direct Observation of Stalled Fork Restart via Fork Regression in the T4 Replication System". Science, 30 November 2012: 1217-1220. DOI:10.1126/science.1225437.
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