15 de abril de 2005
Trabajando juntos para resolver un problema misterioso en la replicación y reparación de ADN
Dos cabezas y tres herramientas son mejores que una. Una profesora
del Instituto Médico Howard Hughes (HHMI) y un colega que es
mentor de estudiantes universitarios financiados por el HHMI en su
laboratorio de biología estructural están utilizando
herramientas de biología molecular, bioquímica y
biofísica para resolver un rompecabezas científico.
Están interesados en el misterioso mecanismo que permite la
replicación del ADN del virus simio 40 (SV40, por sus siglas en
inglés), que es un modelo mamífero para ese proceso
vital. “Comenzamos utilizando una metodología
bioquímica y de genética molecular, después
utilizamos biología estructural para aprender sobre las
interacciones proteicas y luego volvimos a la bioquímica para
validar nuestro modelo estructural de una forma funcional”, dijo
Ellen Fanning, profesora del HHMI en la Universidad Vanderbilt, en
Nashville, Tennessee. Los profesores del HHMI son científicos de
investigación expertos que se esfuerzan por llevar entusiasmo
sobre investigación a la enseñanza universitaria.
“Éste es un fenómeno general que sucede en todas las vías de procesamiento de ADN”.
Ellen Fanning
Fanning y Walter Chazin, director del Centro de Biología
Estructural de Vanderbilt, publicaron sus resultados en el
número de abril de 2005, de Nature Structural
& Molecular Biology, que fue publicado en Internet el
27 de marzo de 2005.
“Walter y yo comenzamos a trabajar juntos hace cuatro
años”, explicó Fanning. “Él proviene
de una cultura muy biofísica, mientras que yo uso
metodologías bioquímicas y de biología molecular.
Requirió una inversión de esfuerzo para aprender los
idiomas de cada uno y para persuadir a nuestros laboratorios a que se
comunicaran”. Dijo que la recompensa de esas inversiones ha
comenzado. “Este artículo es el primer paso de lo que se
convertirá en una serie de descubrimientos”.
La calidad de profesora del HHMI de Fanning y la
participación de Chazin en su programa de investigación
universitaria financiado por el HHMI han desempeñado una
función importante en la colaboración. “Tenemos
alrededor de media docena de estudiantes universitarios y un par de
estudiantes de doctorado y de postdoctorado que están
involucrados activamente en proyectos de los dos laboratorios”,
dijo Fanning. “Muchas de las mutaciones y los plásmidos
están siendo generados por estudiantes universitarios”.
Predijo que cada estudiante terminará esta colaboración
como autor en un artículo de investigación publicado.
En la investigación publicada en Nature
Structural & Molecular Biology, los
científicos buscaron el mecanismo por el cual el ADN de cadena
simple (ADNcs) se libera de las cadenas de proteínas a las que
está unido para permitir la reparación o la
replicación, proceso que no se comprende bien. Fanning y Chazin
encontraron evidencia estructural y bioquímica de ese mecanismo,
proporcionando un modelo de este paso inicial de procesamiento de ADN
en células mamíferas.
Todo organismo tiene una proteína de unión al ADNcs
para vías de replicación y reparación de ADN. En
los eucariotas u organismos cuyas células tienen un
núcleo, se llama proteína de replicación A (RPA,
por sus siglas en inglés). Una de las funciones comunes de la
RPA en las vías de procesamiento de ADN es facilitar el
“traspaso”, proceso que asegura que las proteínas
correctas se acomoden a lo largo del ADNcs para comenzar el
procesamiento de ADN.
La RPA desempeña una función protectora importante
para el ADNcs. “No se desea tener ADN de una sola cadena desnudo
y esparcido por la célula”, explicó Fanning.
“Se enredará, formará horquillas, será
masticado por nucleasas. Las proteínas de unión al ADNcs
lo mantienen derecho y accesible para la enzima de procesamiento
correcta”.
La RPA se une con por lo menos una docena de proteínas de
reparación y replicación. El interrogante ha sido la
forma en la que la RPA se desplaza, permitiendo que varias enzimas
tomen contacto con el ADN para el procesamiento necesario. Fanning y
Chazin han desarrollado un modelo de trabajo para responder ese
interrogante.
Utilizando SV40 como sistema modelo, los científicos mapearon
la interacción a nivel atómico en las superficies de las
proteínas involucradas en el procesamiento de ADN. Utilizaron
herramientas bioquímicas y genéticas para determinar la
forma en la que las interacciones de esas proteínas promueven la
síntesis de segmentos pequeños de ARN conocidos como
cebadores, que se requieren para la iniciación de la
replicación de ADN.
En el sistema SV40, interactúan tres proteínas claves.
El antígeno proteico viral T (Tag) interactúa con la RPA
y una enzima conocida como polimerasa primasa de ADN (pol-prim). Tag es
una helicasa, o enzima que separa las cadenas de ADN. Después de
separar el ADN, también coloca la pol-prim en el ADN para hacer
cebadores. Los investigadores estudiaron este último paso: la
forma en la que Tag separa a la RPA lo suficiente para colocar la
pol-prim en el ADN, permitiéndole que sintetice los
cebadores.
Fanning y Chazin mostraron que la interacción entre Tag y RPA
requiere de múltiples puntos de contacto. Encontraron que, junto
con un dominio de la RPA llamado RPA70, un segundo dominio llamado
RPA32C también necesita unirse a Tag antes de que pueda comenzar
el procesamiento.
Los científicos sugieren que Tag se asocia primero a RPA32C y
luego a RPA70 cuando la molécula RPA está sobre el ADNcs.
La unión en ambos puntos altera la conformación de RPA,
apretándola hasta que se expone una pequeña
porción de ADNcs. Tag lleva la pol-prim, que se deposita en una
pequeña porción de ADNcs libre. Una vez que la pol-prim
está ubicada, Tag y RPA ya no son necesarios, así que se
desplazan a medida que la tercera proteína comienza su trabajo
sobre el ADNcs. Éste es el “traspaso”.
“Esto proporciona un modelo comprobable de la forma en la que
la proteína de unión de ADNcs puede ser desplazada del
ADN de una sola cadena para permitir una vía de procesamiento de
ADN”, dijo Fanning. “Éste es un fenómeno
general que sucede en todas las vías de procesamiento de
ADN”.
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