Explorador de daños en el ADN

E. coli Dominio de ARN polimerasa DnaGWIKIMEDIA, LMO402Conocida desde hace mucho tiempo por su papel en la transcripción del código del genoma en ARN mensajeros que pueden traducirse en proteínas, la enzima ARN polimerasa también puede examinar el genoma en busca de daños. Eso es según un estudio dirigido por investigadores del Centro Médico Langone de la Universidad de Nueva York, que se publicó el mes pasado (8 de enero) en Nature. El bioquímico Evgeny Nudler y sus colegas describieron una forma en la que las células bacterianas dependen de la ARN polimerasa para comenzar a reparar el daño del ADN, lo que, agregaron los autores, sugiere una transcripción generalizada: la sorprendente revelación de moléculas de ARN no codificantes y un eje de debate en biología molecular. .

A medida que las polimerasas de ARN se deslizan a lo largo de las hebras de ADN y las transcriben en nuevas moléculas de ARN, las enzimas a veces pueden atascarse cuando encuentran daños en el genoma, como una cremallera enganchada en un diente defectuoso. “La ARN polimerasa se atasca todo…

Una forma de hacer que la ARN polimerasa vuelva a funcionar implica una molécula conocida como helicasa UvrD. A través de una serie de experimentos in vitro e in vivo, el equipo de Nudlers mostró cómo esta molécula retira la enzima de transcripción del sitio dañado al desenrollar las hebras de ADN. Ocho o 10 nucleótidos hacia atrás son suficientes para exponer la lesión a las enzimas reparadoras, dijo Nudler. Los investigadores también demostraron que UvrD recluta al equipo de reparación, que extirpa y reemplaza el ADN dañado.

Aunque el estudio solo se centró en un tipo de reparación de ADN en E. coli, es un mecanismo que parece estar conservado a lo largo del árbol de la vida, dijo James Cleaver de la Universidad de California en San Francisco, quien estudia enfermedades relacionadas con la reparación del ADN y no participó en el trabajo.</p

Es muy útil ver el mismo mecanismo de retroceso, que se ha sugerido en humanos y otros eucariotas, dijo Cleaver. En todos los años de estudio de la reparación del ADN, aún quedan detalles por desentrañar en E. coli, que supuestamente es un pequeño bichito.

En humanos, los cofactores de la ARN polimerasa CSA y CSB, o las proteínas XPC y XPE, realizan la misma función que UvrD, ayudando a la ARN polimerasa a retroceder. el genoma para exponer el daño del ADN, dijo Cleaver. Las personas que tienen mutaciones en esta vía sufren de condiciones llamadas xerodema pigmentoso o síndrome de Cockayne, en las que sus células no pueden reparar el daño causado por la radiación ultravioleta u otros mutágenos. La exposición a la luz solar en el xeroderma pigmentoso puede causar daños en la piel y los ojos que aumentan en gran medida el riesgo de cáncer; en Cockayne, el defecto de reparación puede causar enfermedades del desarrollo y neurológicas.

Si bien la idea de transcribir y reparar el ADN al mismo tiempo no es nada nuevo, el equipo de Nudlers ha especificado el mecanismo de tal reparación acoplada a la transcripción que permite que la ARN polimerasa ayude a mantener la integridad de la E. coli genoma. Sea cual sea el daño en el ADN, la ARN polimerasa probablemente será la primera en reconocerlo, dijo Nudler.

Además, Nudler sugirió que el trabajo de su equipo podría ayudar a explicar la desconcertante abundancia de ARN observada en las células humanas. En los últimos años, los investigadores han reconocido que se transcriben muchas más moléculas de ARN de las que se traducen en proteínas. Los límites entre las regiones génicas y no génicas son cada vez más borrosos, dijo Thomas Gingeras, biólogo del Laboratorio Cold Spring Harbor en Nueva York.

Y parece que la ARN polimerasa está trabajando horas extras: se publicaron varios estudios en la última década han sugerido que el genoma se transcribe de manera generalizada, con hasta el 76 por ciento del ADN convertido en ARN. Entonces, la pregunta, como lo planteó Nudler, es: ¿por qué es necesario transcribir estas regiones? ¿Por qué desperdiciar su energía para sintetizar tantas transcripciones de ARN?

Ya se ha demostrado que los ARN no codificantes ayudan a regular qué genes se traducen en proteínas y pueden afectar la estructura cromosómica, señaló Gingeras.

Nudler ofreció otra posibilidad. Tal vez sea una forma de monitorear el ADN genómico en busca de daños, dijo. Los ARN no codificantes podrían ser un subproducto del trabajo de vigilancia.

Es una idea interesante, dijo Gingeras. Sin embargo, es una idea que podría no trasladarse a los humanos.

Si bien podría tener sentido para las bacterias unicelulares, cuyos genomas se sabe que están completamente transcritos, es menos probable que esta idea explique la transcripción generalizada. en humanos, donde tipos específicos de células, como neuronas o células musculares, convierten menos de la mitad del genoma en ARN. Es la diferencia entre viajar con una maleta bien hecha, que contiene solo lo necesario, y llevar todo menos el fregadero de la cocina. En cualquier célula humana dada, hay regiones que no se van a transcribir, por lo que no se controlarán, explicó Gingeras.

Algunos investigadores han sugerido que, si bien la transcripción de ARN puede estar muy extendida, no es tan frecuente. Es un argumento complicado, basado en las muestras investigadas y las diferentes técnicas utilizadas para detectar ARN en células y tejidos.

Harm van Bakel, un genetista que estudia la transcripción de ADN en la Escuela de Medicina Mount Sinai Icahn en New York, dijo que estas son consideraciones importantes. Después de todo, si observa suficientes células, seguramente encontrará ARN que no esperaba en algunas de ellas. ¿Está mirando un evento aleatorio o está mirando una transcripción impulsada por un propósito que tiene significado para una celda? preguntó.

Van Bakel reconoció que algunos ARN no codificantes parecen ser transcritos regularmente por razones que los científicos aún tienen que entender. Gran parte de la transcripción adicional podría ser incidental, dijo, ya que la mayoría de los ARN no codificantes corresponden a regiones de ADN alojadas junto a los genes, lo que indica que se transcriben junto con los genes.

Queda por ver si las polimerasas de ARN El papel en la reparación del ADN puede ayudar a explicar la transcripción generalizada, un problema que aún no se ha explicado y es polémico como siempre. Mientras tanto, el equipo de Nudlers planea colaborar con otro laboratorio para investigar la reparación acoplada a la transcripción en la levadura.

La gente en este momento no sabe realmente hasta qué punto la ARN polimerasa contribuye a la reparación del ADN, dijo. Puede ser mucho más de lo que la gente pensaba antes.

V. Epshtein et al., UvrD facilita la reparación del ADN tirando de la ARN polimerasa hacia atrás, Nature, doi:10.1038/nature12928 , 2014.

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