03 de junio de 2004
Proteínas transforman el ADN en un "abrojo molecular"
Unos investigadores han descubierto que proteínas claves en
la compactación del ADN durante la preparación para la
división celular en realidad interactúan con la doble
hélice haciendo que funcione como una especie de “abrojo
molecular”.
Las proteínas, llamadas condensinas, son importantes para una
variedad de procesos de mantenimiento que ocurre en los cromosomas,
pero la mecánica de su función ha sido en gran parte
desconocida. Cuando los investigadores estiraron y comprimieron
alternadamente una única molécula de ADN con condensinas
unidas, encontraron que el ADN se extendía mediante
“clics” escalonados, como lo que sucede cuando se
desabrocha un abrojo.
La manipulación exitosa de una única molécula
de ADN con proteínas condensinas unidas hace posible que
pensemos en la utilización de una estrategia similar para
explorar la maquinaria que procesa los cromosomas de la célula,
dijo uno de los autores senior del estudio,
Carlos
Bustamante
, investigador del Instituto Médico Howard Hughes,
en la Universidad de California, en Berkeley.
Bustamante, Ryan B. Case, Nicholas R. Cozzarelli y sus colegas en
Berkeley publicaron sus resultados el 3 de junio de 2004, en
Science
Express
, que proporciona una publicación electrónica
rápida de artículos seleccionados de la revista
Science
.
“Hasta este momento, se sabía poco sobre la
función de las condensinas”, dijo Bustamante. “Se
sabía que si se anulaba el gen para la proteína, los
cromosomas no se podían segregar correctamente durante la
división celular. Una célula hija podía recibir
todo el ADN y la otra nada”.
Bustamante y sus colegas tomaron en cuenta estudios anteriores de
otro grupo de investigadores que proporcionaron evidencias de que las
condensinas parecían inducir el “superenrollamiento”
del ADN, que ocurre cuando dos moléculas helicoidales se
entrelazan.
“Decidimos intentar desarrollar un ensayo con una sola
molécula, para ver si podíamos realmente comprender el
mecanismo de los efectos de esta proteína sobre el ADN”,
dijo Bustamante. “Aunque no existía un ensayo de gran
cantidad para la actividad de esta proteína, pensamos que
quizás tendríamos suerte y que observaríamos algo
de actividad a nivel de una única molécula”.
Los investigadores trabajaron con un tipo de condensina que se
encuentra en la bacteria
E. coli
. Su procedimiento experimental
consistió en unir el extremo de una molécula de ADN a una
pequeña bolilla de plástico sostenida por medio de
succión sobre una micropipeta. Entonces hicieron que la
molécula de ADN se extendiera haciéndole pasar
líquido a través de ella y exponiéndola a una
solución que contenía la proteína condensina
bacteriana. Luego, los investigadores agregaron a la solución la
molécula ATP que contiene energía. Después de que
se agregó el ATP, capturaron el otro extremo de la
molécula de ADN tratada con condensina con otra bolilla
plástica y procedieron a tirar del ADN con una fuerza medida con
exactitud.
“Descubrimos que la molécula de ADN se había
hecho mucho más corta en presencia de la proteína
condensina”, dijo Bustamante. “Y cuando comenzamos a
separarla cuidadosamente, vimos que se extendía con un
patrón de fuerza tipo serrucho, como el cliqueo que se produce
al desabrochar un abrojo”.
“Cuando tiramos por segunda vez, para nuestra gran sorpresa,
el proceso se reprodujo de forma idéntica en cada diente del
patrón tipo serrucho. Nunca habíamos visto algo similar.
Realmente pensamos que sólo estábamos viendo ruido
durante el estiramiento del ADN, pero por el contrario estábamos
observando un registro perfecto del patrón serrucho”, dijo
Bustamante.
Esa reproducibilidad perfecta sugirió de forma contundente a
Bustamante y a sus colegas que estaban observando una estructura
condensada con una organización bien definida. “Cada vez
que estirábamos y soltábamos la molécula, la misma
podía volver a la misma forma inicial o condensada”, dijo
Bustamante. De hecho, los investigadores estiraron y soltaron la misma
molécula de ADN docenas de veces, observando cada vez el mismo
patrón serrucho de extensión y condensación.
También encontraron que la molécula ATP que contiene
energía parecía tener una función reguladora, en
lugar de proporcionar energía para la reacción de
condensación. Cuando los investigadores quitaron todo el exceso
de ATP de la solución, encontraron que las proteínas
condensina seguían funcionando. “Ese resultado fue una
gran sorpresa, porque esperábamos que la proteína fuera
más como un motor que tenía que quemar ATP cada vez que
ésta llevaba a cabo la condensación”, dijo
Bustamante. Además, cuando quitaron el exceso de proteína
de la solución, la proteína unida pudo recondensar el ADN
cuando se disminuyó la tensión en el mismo.
Los análisis de los investigadores los llevaron a proponer un
modelo sobre la forma en la que la cadena de proteínas de
condensina interactúa para condensar la molécula de ADN.
Teorizan que las “cabezas” de las proteínas de
condensina se unen a sí mismas de forma secuencial y firme al
ADN. Al unirse de esta forma, cada proteína
“coopera” con su vecina, uniéndose de forma
reversible a la cabeza de la proteína siguiente, estrujando
entonces al ADN pedazo a pedazo hasta hacerlo llegar a su estado
condensado. Y cuando los investigadores estiraron de forma experimental
la molécula de ADN, las cabezas de condensina se separaron de
forma brusca y secuencial, produciendo el patrón de
extensión de fuerza de serrucho. Pero las cabezas siguen estando
unidas al ADN, de modo que cuando se disminuye la fuerza pueden volver
a su estado cerrado y recondensar la molécula de ADN.
Según Bustamante, estos estudios de la molécula
condensina bacteriana abrirán el camino para la
realización de futuros estudios con proteínas similares
que manipulan el ADN y que mantienen la estructura cromosómica.
“El mecanismo real por el cual estas moléculas realizan su
función es desconocido”, dijo. “Y por eso, estamos
muy entusiasmados de haber podido desarrollar un ensayo que, por
primera vez, nos brinda una comprensión sobre la forma en la que
estas moléculas podrían actuar a nivel
molecular”.
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