Hélice cuádruple de ADN en células humanas

En 1953, Watson y Crick publicaron el modelo de la estructura del ADN, la doble hélice formada  por el emparejamiento de las bases nitrogenadas y un esqueleto de desoxirribonucleótidos-fosfato. Es curioso como, 60 años después, dos investigadores también procedentes de Cambridge, anuncian una actualización de dicha estructura: la hélice cuádruple de ADN.

Un trabajo de investigación de más de 10 años que demuestra la presencia de estas estructuras complejas en células humanas vivas; primero, a través de métodos computacionales y después usando biomarcadores fluorescentes. Este descubrimiento se ha publicado en la revista Nature Chemistry y ha sido respaldado por el Instituto de Investigación del Cáncer de Reino Unido.

La hélice cuádruple de ADN es un tramo rico en nucleótidos de guanina, de ahí que sea conocido como G-quadruplex, que tiene la capacidad de adoptar una estructura característica de cuatro hélices en lugar de dos.

Fuente: University of Cambridge
Fuente: University of Cambridge

Este tipo de estructuras suelen formarse en los telómeros de los cromosomas y tienen un papel importante en la estabilidad genómica y en su replicación: parecen promover la transcripción y son capaces de regularla, inhibiéndola si se forman estos cuádruplex de ADN ya que impiden el acceso de la maquinaria de transcripción. De la misma manera, podrían formarse hélices cuádruplex de ARN en las regiones UTR (no traducibles) de los ARNm, controlando la síntesis proteica.

Fuente: Universidad de Cambridge
Fuente: Universidad de Cambridge

El estudio trata de relacionar la concentración de G-cuádruplex y el proceso de la replicación del ADN, decisivo para la división y proliferación celular, ya que, según afirma el profesor Shankar Balasubramanian, del Departamento de Bioquímica de la Universidad de Cambridge y del Instituto de Investigación de esta localidad, han observado que la presencia de estos cuádruplex se ve aumentada en las células que se están dividiendo rápidamente, como es el caso de las células cancerígenas.

El equipo generó anticuerpos unidos a fluróforos con afinidad por áreas del ADN humano ricas en regiones de guanina, de modo que pudieron establecer puntos calientes (‘hot spots’) donde podían encontrarse este tipo de estructuras y, además, se observó un aumento de la fluorescencia en células que se encontraban en la fase S del ciclo de división celular, el punto del ciclo donde el ADN se ha duplicado antes de la división.

Fuente: SINC
A la izquierda, estructura de la hélice cuádruple y a la derecha células HeLa, cancerosas, marcadas con inmunofluorescencia. Fuente: SINC

Usando diversas moléculas sintéticas que se dirijan contra estas estructuras de ADN, se evitaría la replicación y con ello que las células se dividieran, de modo que los científicos piensan que podrían dirigirse contra las células cancerosas que proliferan sin control, atacando la raíz del cáncer y en un futuro, realizar una medicina personalizada para cada paciente.

Sin embargo, aún siguen muchas preguntas en el aire. Estas hélices cuádruplex forman nudos y enredos en el ADN y molestarían durante la replicación, pero ¿tiene realmente una finalidad ese impedimento estérico? Por otro lado, el estudio muestra que si se usa un inhibidor para bloquear la replicación, los niveles de cuádruplex descienden, sugiriendo la idea de que el DNA es dinámico, con estructuras que están continuamente formándose y deshaciéndose.

Este mismo grupo de investigación, como parte del estudio, está diseñando nuevas moléculas que estabilicen estas estructuras y que puedan interferir en los diferentes procesos celulares. De hecho, ya existen fármacos como BRACO 19 que favorece dicha estabilización en los telómeros e impide su elongación por la enzima telomerasa, siendo una buena diana terapéutica contra el cáncer.

Ya han pasado sesenta años desde que su estructura se resolvió pero obras como ésta nos muestra que la historia del ADN aún continúa girandProfesor Balasubramanian.

Referencias bibliográficas:

  • Giulia Biffi, David Tannahill, John McCafferty & Shankar Balasubramanian. “Quantitative visualization of DNA G-quadruplex structures in human cells”. Nature Chemistry, 20 de enero de 2013.
  • Angelika M. Burger, Fangping Dai, Christoph M. Schultes, Anthony P. Reszka, Michael J. Moore, John A. Double, and Stephen Neidle . “The G-Quadruplex-Interactive Molecule BRACO-19 Inhibits Tumor Growth, Consistent with Telomere Targeting and Interference with Telomerase Function”. Cancer Research Journal,  February 15, 2005
  • The Balasubramanian Group. University of Cambrigde.  http://www-shankar.ch.cam.ac.uk/gquadnucleicacids.html

Notas de prensa:

 

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