Las células humanas pueden sintetizar ADN en su citoplasma
ARRIBA: Fotografía en color de la retina de un paciente con degeneración macular atróficaJAYAKRISHNA AMBATI
Durante la última década, ha habido informes dispersos de células de mamíferos propias El ADN se encuentra en el citoplasma, principalmente en el contexto de la enfermedad y el envejecimiento. Si bien no es inusual encontrar allí ADN de un organismo invasor, la presencia de un código genético propio del organismo en forma de ADN complementario (ADNc) sintetizado a partir de una plantilla de ARN ha desconcertado a los científicos. En cada caso, el ADNc proviene de retrotransposones endógenos, conocidos por su mecanismo de copiar y pegar que resulta en la inserción de nuevas copias de sí mismos en el genoma. Este proceso suele tener lugar en el núcleo, por lo que el cDNA citoplasmático carecía de explicación.
Tras detectar cDNA de Alu, el retrotransposón más abundante en el genoma humano, en el citoplasma de células que modelan una enfermedad ocular degenerativa, el oftalmólogo de la Universidad de Virginia Jayakrishna Ambati y sus colegas decidieron investigar su misterioso origen. Sus resultados, publicados el 1 de febrero en PNAS, revelan que las células humanas pueden sintetizar cDNA de Alu en el citoplasma.
Esto es potencialmente un camino información de última hora, dice Haig Kazazian, un genetista de la Universidad Johns Hopkins que no participó en este estudio.
Kazazian ha estudiado los retrotransposones durante décadas, centrándose especialmente en LINE-1 (L1). L1 codifica una proteína con la capacidad tanto de transcribir de forma inversa el ARN a ADN como de cortar los ácidos nucleicos para insertar ese ADN. A fines de la década de 1990, él y sus colegas demostraron que el mecanismo de copiar y pegar de este elemento móvil está acoplado: la transcripción inversa tiene lugar en el sitio donde se escinde el ADN genómico. L1 realiza este truco para amplificarse en el genoma, y Alu usa L1 para hacer lo mismo.
El estudio de Ambatis muestra que L1 está transcribiendo inversamente a Alu en el citoplasma, independiente de la inserción genómica. Kazazian dice que el hallazgo es provocativo y que la evidencia que lo respalda parece bastante buena.
Con esto realmente descubierto, los científicos como yo ahora estamos volviendo a observar algunos de los fenómenos que no pudimos entender. y tampoco podía explicarlo.
Kang Zhang, Universidad de Ciencia y Tecnología de Macao
Iniciar la síntesis de ADN sin ADN genómico plantea una pregunta intrigante: ¿cómo sucede sin todo el equipo habitual involucrado? Las transcriptasas inversas necesitan una secuencia de ácido nucleico corta, un cebador unido a la molécula de plantilla de ARN para comenzar. Por lo general, es una hebra corta de ADN nuclear en el sitio de inserción la que cumple este propósito para la transcripción inversa de Alu, pero en el citoplasma falta esa secuencia.
Mirando Alu y su estructura de ARN, el equipo planteó la hipótesis de que el retrotransposón podría autocebarse, es decir, la molécula se pliega sobre sí misma. Solo se había demostrado que otra molécula de ARN, de un gen de roedor, se autocebaba, pero no en el citoplasma. Los datos del último estudio sugieren que, de hecho, Alu es capaz de autocebarse, proporcionando la secuencia a partir de la cual la transcriptasa inversa puede iniciar la síntesis. Eso realmente proporcionó la explicación mecánica de cómo este evento puede ocurrir en el citoplasma, donde aparentemente no hay nada que lo cebe, dice Ambati.
El vínculo entre el ADNc citoplasmático y la enfermedad
Ambati y sus colegas descubrieron la síntesis citoplasmática de Alu mientras estudiaban la degeneración macular atrófica relacionada con la edad (AMD). Hace una década, descubrieron que la acumulación de ARN Alu induce la muerte celular en una capa del ojo conocida como epitelio pigmentario de la retina (RPE), y este fenómeno está relacionado con la condición intratable. Desde entonces, una serie de descubrimientos ha ofrecido una imagen celular más detallada de la enfermedad, por ejemplo, que Alu finalmente provoca inflamación, un sello distintivo de muchas complicaciones relacionadas con la edad. En este nuevo estudio, los investigadores demostraron que el ADNc de Alu sintetizado en el citoplasma, no el que se inserta en el genoma, es esencial para la toxicidad en la DMAE atrófica.
Observe un vistazo completo del ARN
Debido a que Alu es un retrotransposón que se basa en una transcriptasa inversa para aumentar su número de copias, Ambati y sus colegas plantearon la hipótesis de que los fármacos inhibidores de la transcriptasa inversa análogos de los nucleósidos (NRTI, por sus siglas en inglés) que se usan actualmente para tratar las infecciones retrovirales podrían bloquear Acumulación de Alu. En 2014, el equipo probó esta idea en células humanas y de ratón y descubrió que estos medicamentos efectivamente prevenían la degeneración del RPE, pero lo hacían a través de sus propiedades antiinflamatorias previamente desconocidas. En su último trabajo, el equipo demostró que los NRTI también inhiben la síntesis de cDNA en el citoplasma de las células del EPR, lo que apunta al potencial de los NRTI para bloquear la DMRE en dos frentes, oponiéndose a la inflamación e interceptando la transcripción.
Debido a Debido a la sólida evidencia de la eficacia de los NRTI para prevenir la degeneración del EPR en el laboratorio, y debido a que estos medicamentos se han usado clínicamente durante décadas, los investigadores decidieron sumergirse en los archivos de cuatro bases de datos independientes de seguros de salud en los Estados Unidos. Querían evaluar si el uso de NRTI para otros fines podría haber tenido el beneficio no deseado de reducir la incidencia de AMD atrófica. Su análisis, que incluyó a casi 35 millones de adultos, reveló una reducción del riesgo de casi el 40 % de desarrollar AMD atrófica en pacientes que toman NRTI.
En última instancia, se necesita un ensayo prospectivo y aleatorizado para ver si los medicamentos reducen la progresión. de AMD atrófica, dice Ambati, quien también es cofundadora de Inflammasome Therapeutics, una compañía enfocada en desarrollar terapias para enfermedades degenerativas. Como los NRTI son tóxicos, su equipo ha desarrollado versiones modificadas, conocidas como kamuvudinas, que son igualmente eficaces, pero más seguras, en cultivos celulares y modelos animales. Es probable que la compañía comience a realizar ensayos clínicos con Kamuvudines este año, según Ambati.
Esta es una dirección muy prometedora, dice la Universidad de Rochesters Vera Gorbunova, que no formó parte de la investigación. Agrega que los NRTI podrían usarse potencialmente como tratamiento para varias enfermedades relacionadas con la inflamación. Ella estudia el envejecimiento y, como parte de un equipo con el que también colaboró Ambati, ha observado la acumulación citoplasmática de ADNc L1 en células de ratones envejecidos. Su equipo ha discutido previamente el mecanismo desconocido que conduce a la formación de ADNc citoplasmático y se refirió a la transcripción inversa en el citoplasma como una posible explicación.
Cuando publicamos ese artículo, tuvimos que luchar realmente con el dogma de la inversa mecanismo de transcripción que se propuso hace algún tiempo que tiene lugar en el núcleo [y que] usa ADN genómico, lo que probablemente hace cuando las cosas van bien, dice ella. Pero cuando las cosas no van bien, [la transcripción inversa] probablemente podría ocurrir en el citoplasma. Me alegra ver esta evidencia.
El oftalmólogo de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Macao, Kang Zhang, quien colaboró anteriormente con Ambati y revisó su último artículo, dice que el hallazgo de ADNc que se sintetiza en el citoplasma también podría ser relevante para otras afecciones, como el cáncer, la neurodegeneración y las enfermedades cardiovasculares. Hay tantas cosas sucediendo en el citoplasma. Con esto realmente descubierto, los científicos como yo ahora estamos volviendo a mirar algunos de los fenómenos que no podíamos entender y tampoco podíamos explicar. Es muy emocionante, dice. Este es un cambio de paradigma.
S. Fukuda et al., Síntesis citoplasmática de ADN complementario Alu endógeno mediante transcripción inversa e implicaciones en la degeneración macular relacionada con la edad, PNAS, doi:10.1073/pnas.2022751118, 2021.