Descubren por qué el ADN se enrolla al estirarlo y el ARN se desenrolla

Investigadores españoles del CNB-CSIC y el Ifimac-UAM han descubierto los mecanismos moleculares por los que al estirar una doble hélice de ARN la molécula se desenrolla y se alarga, mientras que al estirar una doble hélice de ADN se incrementa el grado de enrollamiento sobre sí misma.

Europa Press | 20/06/2017 16:45

Científicos del Centro Nacional de Biotecnología (CNB-CSIC) y el Instituto de Física de la Materia Condensada de la Universidad Autónoma de Madrid (Ifimac-UAM) han descubierto los mecanismos moleculares por los que el ADN se enrolla sobre sí mismo al estirarlo, mientras que cuando se hace con el ARN se desenrolla.

Ambas moléculas son muy similares, pero cuando se les aplica una fuerza "se comportan de un modo totalmente diferente", según han reconocido los autores de este trabajo, que publica la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), en el que han simulado ese proceso con ordenadores superpotentes para "poner la lupa" en su estructura atómica y entender su comportamiento.

"Ni el ADN ni el ARN son esas estructuras lineales perfectas que nos muestran los libros. Para realizar correctamente su función biológica necesitan estar sometidos a giros, torsiones, estiramientos, y otras fuerzas físicas muy específicas", ha explicado Alberto Marín, investigador del CNB-CSIC y autor del trabajo.

Como resultado de estas fuerzas se producen cambios locales en la estructura de la molécula para facilitar o impedir la unión de determinadas proteínas a puntos concretos del ácido nucleico, y de esta manera se consiguen regular muchos de los procesos esenciales para la vida de la célula.

Experimentos biofísicos ya habían demostrado que estas dos moléculas, casi idénticas entre sí, se comportan de manera diferente al aplicar una fuerza sobre ellas. Y como cabría esperar, al estirar una doble hélice de ARN la molécula se desenrolla y se alarga.

Sin embargo, el comportamiento de la doble hélice de ADN es contrario a lo que dictaría la intuición, ya que al estirarla se incrementa el grado de enrollamiento sobre sí misma.

Este trabajo ha permitido, por primera vez, ver cómo los átomos de los ácidos nucleicos cambian de posición al aplicar sobre ellos una fuerza de estiramiento. "La simulación por ordenador explica el diferente comportamiento de ambas moléculas", asegura Guilherme Vilhena, investigador del CNB-CSIC, otro de los autores del estudio.

Varía la distancia entre las cadenas de doble hélice

Los resultados indican que cuando el ADN se estira, la distancia entre las dos cadenas de la doble hélice disminuye, haciendo la molécula más estrecha. En el caso de la doble hélice de ARN, la distancia apenas varía.

"Si se reduce la distancia entre las hebras, como ocurre en el ADN, se puede entender que al estirar se produzca un superenrollamiento. Mantener una separación fija entre las dos cadenas de una doble hélice requiere necesariamente que la molécula se desenrolle al estirarla", ha explicado Fernando Moreno, investigador del CNB-CSIC.

Para realizar este trabajo, se ha necesitado uno de los ordenadores más potentes, el MinoTauro, perteneciente a la Red Española de Supercomputación (RES), y el desarrollo de una nueva metodología de simulación para determinar la respuesta mecánica y millones de horas de trabajo de esta máquina han permitido realizar esta simulación.

Según los autores, el modelo atómico resultante de su investigación sugiere que, en última instancia, este comportamiento del ADN que parece contrario a la intuición (enrollarse al ser estirado) está relacionado con la pequeña pero fundamental diferencia que lo distingue del ARN, la ausencia de un grupo hidroxilo.

Además, creen que explicar la respuesta mecánica de ambas moléculas a nivel atómico puede ayudar a entender su funcionamiento. "Estas simulaciones por ordenador pueden suponer una herramienta muy poderosa para desvelar cambios de funcionalidad biológica asociados a cambios estructurales", concluyen los autores.