Dos estudios dirigidos por investigadores de la Facultad de Medicina Grossman de la Universidad de Nueva York (Estados Unidos) proporcionan una imagen radicalmente nueva de cómo las células bacterianas reparan continuamente secciones dañadas en su ADN.
Los trabajos, publicados en línea en las revistas ‘Nature’ y ‘Nature Communications’, giran en torno a la delicadeza de las moléculas de ADN, que son vulnerables a los daños provocados por los subproductos reactivos del metabolismo celular, las toxinas y la luz ultravioleta. Dado que el ADN dañado puede dar lugar a cambios perjudiciales en el código del ADN (mutaciones) y a la muerte, las células evolucionaron para tener maquinarias de reparación del ADN.
Sin embargo, una de las principales cuestiones sin resolver en este campo es cómo estas maquinarias buscan y encuentran rápidamente tramos raros de daño en medio de los «vastos campos» de ADN no dañado.
Estudios anteriores habían descubierto que un importante mecanismo de búsqueda -la reparación acoplada a la transcripción o TCR- se basa en la ARN polimerasa, la gran máquina proteica (complejo) que se mueve a lo largo de la cadena de ADN, leyendo el código de «letras» del ADN mientras transcribe las instrucciones en moléculas de ARN, que luego dirigen la construcción de proteínas. Sin embargo, los autores del estudio afirman que el mecanismo del TCR no se entendía bien.
Trabajos ampliamente aceptados, incluidos los estudios que condujeron a un Premio Nobel en 2015, habían argumentado que el TCR desempeñaba un papel relativamente pequeño en la reparación porque dependía de un factor putativo del TCR que sólo hacía una contribución marginal a la reparación del ADN.
Se suponía que un proceso paralelo, la reparación global del genoma (GGR), exploraba y fijaba la mayor parte del ADN independientemente de la transcripción. Se creía que ambos procesos preparaban el terreno para la reparación por escisión de nucleótidos (NER), en la que un tramo dañado de ADN era cortado y sustituido por una copia exacta.
Ahora, los dos nuevos estudios coinciden, basándose en el primer análisis de este tipo sobre la reparación del ADN en células vivas de ‘E. coli’, en que la mayor parte, si no toda, la NER está acoplada a la ARN polimerasa, que explora todo el código genético bacteriano en busca de daños.
«A partir de nuestros resultados, tenemos que replantearnos algunas de las teorías básicas en el campo de la reparación del ADN», afirma el autor principal del estudio, el doctor Evgeny Nudler, catedrático Julie Wilson Anderson del Departamento de Bioquímica y Farmacología Molecular de NYU Langone Health.
«Una verdadera comprensión de dicha reparación es un objetivo fundamental en medicina, ya que la mayoría de los antibióticos y quimioterapias matan a las células causantes de enfermedades dañando su ADN, y la capacidad de detener las reparaciones haría a dichas células mucho más vulnerables a los fármacos existentes», añade Nudler, también investigador del Instituto Médico Howard Hughes.
Los estudios anteriores no pudieron captar plenamente la realidad biológica de la NER en las bacterias, dicen los autores actuales, porque utilizaron experimentos que trataban de recrear complejas interacciones proteicas fuera de las células vivas.
Esto llevó a definir, por ejemplo, una proteína llamada Mfd como el actor central de la TCR, incluso cuando se descubrió que la mayor parte de la reparación del ADN procedía tanto si la Mfd estaba presente como si no. Esto, a su vez, sugirió que la TCR era una vía de reparación menor. También se pensó que la TCR sólo ocurría dentro de las regiones del ADN que están altamente transcritas. Se pensaba que las localizaciones genómicas poco transcritas, o las partes del genoma supuestamente «no transcritas», estaban sujetas a la RGC.
El estudio publicado en ‘Nature’ utilizó una tecnología innovadora denominada espectrometría de masas de reticulación (XLMS) para trazar un mapa de las distancias entre las proteínas unidas químicamente, y determinar así las superficies de interacción de los complejos masivos de NER y polimerasa por primera vez mientras se ensamblan en las células vivas. A continuación, el equipo introdujo los datos de la espectrometría en simulaciones por ordenador, que culminaron en modelos estructurales realistas.
En contra del dogma convencional, el estudio descubrió que la ARN polimerasa sirve de andamiaje para el ensamblaje de todo el complejo NER, y como principal sensor de las lesiones del ADN. Resultó que las principales enzimas NER UvrA y UvrB no localizan la mayoría de las lesiones por sí solas, sino que la ARN polimerasa las lleva hasta ellas. Este proceso fundamental del TCR es independiente de la Mfd, dicen los autores.
El segundo estudio, publicado en ‘Nature Communications’, también en células vivas, utilizó una tecnología de secuenciación de alto rendimiento llamada CPD-seq para seguir la aparición de lesiones en el ADN tras la exposición a la luz UV, y la tasa de reparación con una resolución de hasta una sola letra (nucleótido) en el código del ADN.
La CPD-seq demostró que la interferencia en la transcripción bacteriana mediante el antibiótico rifampicina paraliza la reparación en todo el genoma bacteriano. Los resultados del estudio sostienen que la NER está estrechamente acoplada a la transcripción en todo el cromosoma bacteriano, la infraestructura de ADN que alberga todos los genes.
En otro salto importante, los experimentos demostraron que las células bacterianas, ante los daños en el ADN, inhiben la acción de la proteína Rho, la señal de terminación global que indica a la ARN polimerasa que deje de leer. Con las señales de parada desactivadas, las ARN polimerasas seguían leyendo, llevando las enzimas de reparación a los daños del ADN en cualquier lugar del genoma.
«Teniendo en cuenta nuestros hallazgos, teorizamos que los eucariotas, incluidas las células humanas, también utilizan la ARN polimerasa para una reparación eficiente a nivel global, ya que los complejos TCR bacterianos descritos aquí tienen análogos humanos», dice el co-primer autor del estudio de ‘Nature’ Binod Bharati, becario postdoctoral en el laboratorio de Nudler.
«De cara al futuro, nuestro equipo planea confirmar la presencia del TCR global en las células humanas y, si se confirma, explorar si en el futuro la reparación podría potenciarse de forma segura para contrarrestar las enfermedades del envejecimiento», añade.
Fuente: infosalus.com