Un temporizador mutacional está integrado en la química del ADN
Científicos han descubierto que la estructura helicoidal del ADN contiene un tipo de temporizador incorporado que determina la frecuencia con la que ocurren mutaciones específicas espontáneamente.
En su investigación, muestran que ciertas bases de ADN pueden cambiar de forma por una milésima de segundo, transformándose transitoriamente en estados alternativos que pueden permitir que la maquinaria de replicación incorpore los pares de bases incorrectos en su doble hélice. Tales desajustes, aunque poco frecuentes, podrían servir como base para los cambios genéticos que impulsan la evolución y las enfermedades.
“Aumentar o disminuir las tasas de mutaciones espontáneas podría alterar significativamente la capacidad de un organismo para evolucionar o alterar su susceptibilidad a la enfermedad”, dijo en un comunicado Hashim M. Al-Hashimi, autor principal del estudio y profesor de Bioquímica en la Universidad de Duke. “Una pregunta interesante es: qué determina la tasa de mutación en un organismo vivo”, dijo Al-Hashimi. “A partir de ahí, podemos comenzar a comprender las condiciones específicas o los factores estresantes ambientales que pueden elevar los errores”.
Los hallazgos se publican en la revista Nature.
Cada vez que nuestras células se dividen, el ADN dentro de ellas debe replicarse para que cada nueva célula reciba el mismo conjunto de instrucciones. Las máquinas moleculares conocidas como polimerasas hacen estas copias de ADN al reconocer la forma de las combinaciones de pares de bases correctas -G con C y A con T- y agregarlas a cada nueva doble hélice, descartando aquellas que no encajan juntas correctamente. A pesar de que son buenas en su trabajo, se sabe que las polimerasas se deslizan de vez en cuando, generando un error aproximadamente en una de cada 10.000 bases. Si no se arreglan, estos se inmortalizan en el genoma como una mutación.
En su famoso artículo de 1953 que describe la estructura icónica de la doble hélice de ADN, Watson y Crick plantearon la hipótesis de que las bases de ADN podrían cambiar su forma para que los pares erróneos pudieran pasar como algo real. Hace unos años, Al-Hashimi y sus colegas utilizaron una técnica sofisticada llamada dispersión de relajación NMR para capturar estos pequeños movimientos o “temblores cuánticos”, que solo duran un abrir y cerrar de ojos.
El estudio, publicado en una edición de 2015 de Nature, mostró que las bases G y T empujan a un lado los átomos en su superficie para que puedan conectarse como piezas de un rompecabezas. Los investigadores encontraron que estos reordenamientos venían en diferentes variedades, llamadas formas “tautoméricas” y “aniónicas”, aunque no estaba claro cuáles eran responsables de los errores de replicación.
En este estudio, los estudiantes graduados de Duke Isaac Kimsey y Eric Szymanski utilizaron una versión mejorada de su técnica anterior para examinar la relación entre estas bases de cambio de forma y los errores cometidos por la polimerasa de copia de ADN. Una vez más, atraparon las bases G y T en el acto, y mostraron que su cambio de forma se producía aproximadamente a la misma velocidad que las polimerasas incorporan desajustes G-T.
Junto con sus colaboradores en la Universidad Estatal de Ohio, alimentaron sus datos de NMR en un “modelo cinético” que rastreó los movimientos casi invisibles tomados por los átomos en los desajustes que resultan en errores de replicación. Descubrieron que, aunque los diferentes estados alternativos contribuían a los errores, las formas tautoméricas dominaban en condiciones normales y las formas aniónicas dominaban en presencia de mutágenos y estrés ambiental.
“En el pasado, sabíamos que las polimerasas del ADN cometían errores durante la replicación del ADN, pero no sabían cómo lo hacen”, dijo Zucai Suo, profesor de química y bioquímica del estado de Ohio. “Ahora, nuestro estudio proporciona un sentido mecanicista de cómo surgen los errores”.
Fuente: Europa Press
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