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27 de noviembre de 2005
La más reciente herramienta química de la biotecnología
Utilizando la caja de herramientas químicas de la
biología, unos investigadores han desarrollado una nueva
técnica que les permitirá modificar secuencias
específicas de una molécula de ADN. La metodología
no sólo ayudará a revelar el impacto de las alteraciones
bioquímicas del ADN, sino que también podría tener
aplicaciones de gran alcance para el diagnóstico médico
en base al ADN y la nanobiotecnología.
Saulius Klimasauskas, becario internacional de investigación
del Instituto Médico Howard Hughes (HHMI) en el Instituto de
Biotecnología de Vilnius, Lituania, y químicos del
Instituto de Química Orgánica, de Aquisgrán,
Alemania, han combinado química con biotecnología y
así han utilizado un grupo de enzimas esenciales para agregar
varios grupos químicos al ADN, alterando así su
función. El trabajo fue publicado en una publicación
avanzada en Internet el 27 de noviembre de 2005, en Nature Chemical
Biology.
“Las metiltranferasas de ADN se convertirán en una herramienta de laboratorio estándar como las endonucleasas de restricción”.
Saulius Klimašauskas
Las enzimas del corazón del estudio, conocidas como
metiltransferasas de ADN, son una de las herramientas que las
células utilizan para activar y desactivar los genes. Al agregar
un simple grupo de cuatro átomos -un átomo de carbono
unido a tres hidrógenos, conocidos entre los químicos
como grupo metílico- a bases específicas de una secuencia
de ADN, las metiltransferasas pueden desactivar a un gen. La
metilación cumple una función importante en el desarrollo
embrionario, la marcación para la desactivación
genómica y la carcinogénesis porque regula la
expresión génica.
 | | | | |  | | | | | |  |  | Transferencia asistida por metiltransferasa de grupos que extienden el ADN
Modelo simulado de la metiltransferasa HhaI... más
Imagen: Grazvydas Lukinavicius
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Las metiltransferasas requieren de una fuente de grupos
metílicos que unen al ADN, y muy frecuentemente esa fuente es
una molécula llamada S-Adenosil-L-metionina (AdoMet), conocida a
veces como SAM o SAMe. Las metiltransferasas toman el grupo
metílico de la AdoMet y lo transfieren directamente al ADN,
colocándolo en la secuencia con una especificidad envidiable.
Esta especificidad sugiere que las enzimas pueden ser una herramienta
útil en el laboratorio. Pero Klimasauskas y sus colegas
querían la flexibilidad de unir más de sólo un
grupo metílico simple.
En este estudio, los científicos demostraron que las
metiltransferasas, en efecto, se pueden utilizar para transferir grupos
químicos más grandes a grandes moléculas de ADN,
conservando la misma especificidad de secuencias.
Para probar su técnica, los científicos sintetizaron
moléculas semejantes a la AdoMet, pero que tenían grupos
químicos con cadenas de carbón más largas en la
posición donde usualmente se localizaba al grupo
metílico. Las enzimas pudieron tomar el grupo más grande
y transferirlo al ADN. Dado que la familia de metiltransferasas de ADN
incluye enzimas capaces de reconocer más de 200 secuencias
distintas, esta nueva metodología proporcionó una
capacidad sin precedente de manipular el ADN experimentalmente.
Para demostrar el potencial de la técnica para alterar la
función del ADN, los investigadores modificaron al ADN en una
posición que bloqueaba la capacidad de otra enzima de cortar la
molécula en su sitio diana. “Nadie había pensado
realmente sobre las posibles aplicaciones [de esto] antes porque nadie
pensaba que fuera posible”, dijo Klimasauskas. Predice que las
metiltranferasas de ADN se convertirán en una herramienta de
laboratorio estándar como las endonucleasas de
restricción.
Estudios anteriores habían sugerido que la transferencia de
grupos químicos más grandes que un grupo metílico
no era posible, en parte porque la sustitución del grupo
metílico de la AdoMet disminuía la reactividad
química del compuesto. Para superar este problema, los autores
siguieron algunos consejos de libros de texto de química
orgánica y estabilizaron la transferencia con un enlace de
carbono múltiple.
“Resultó que nuestra primera apuesta, un enlace de
carbono doble o triple, ubicado al lado de la unidad transferible de
carbono, ayudó a aliviar los problemas que habían plagado
la reacción en estudios anteriores”, dijo Klimasauskas.
Comparó la reacción química con un resorte
mecánico, explicando que la energía química
atrapada en la AdoMet es suficiente para entregar un grupo
metílico pequeño a su compuesto diana. Pero la entrega de
un compuesto más grande requería de un
“resorte” auxiliar para asegurarse de que alcanzaría
el blanco. Por lo tanto, dijo, “el pensamiento
químico” ayudó a resolver la problemática
reacción enzimática.
“Al demostrar la transferencia de cadenas de carbonos de hasta
4 o 5 unidades, proporcionamos la prueba del precepto de que cadenas de
otras longitudes también deberían ser toleradas”,
dijo Klimasauskas.
Debido a la naturaleza específica de secuencia, los
científicos encontraron que las metiltransferasas tienen una
ventaja clara sobre otras técnicas de marcado que se utilizan
comúnmente para el ADN y otros biopolímeros.
“Nuestra metodología permite que se marquen grandes
moléculas de ADN nativas en locus internos o terminales”,
explicó Klimasauskas.
A pesar de que las posibles aplicaciones son muchas, los
investigadores planean sintetizar nuevos análogos de la AdoMet
para expandir la colección de los grupos químicos que
pueden ser transferidos al ADN por las metiltransferasas. El grupo de
Klimasauskas está trabajando actualmente en la adición de
grupos funcionales útiles para las cadenas extendidas. Por
ejemplo, los investigadores a menudo marcan componentes celulares con
una molécula llamada biotina, porque se une firmemente a otra
molécula, la estreptavidina, y por lo tanto la estreptavidina se
puede utilizar para recuperar la molécula de interés. Si
la biotina se construyera en un análogo de la AdoMet, dijo
Klimasauskas, entonces podría ser utilizada como gancho
molecular para pescar todas las moléculas que serían
naturalmente metiladas en la célula. “No hay una forma
comparable para el análisis global de los blancos celulares de
la metilación”, observó Klimasauskas.
El ADN no es la única molécula que se metila
naturalmente en la célula -el ARN y las proteínas
también experimentan metilación, y las enzimas que
realizan estas reacciones también dependen de la AdoMet como
fuente metílica-. Dado que la química es igual, esta
técnica probablemente también sea aplicable a esas
biomoléculas, ampliando aún más su utilidad.
Klimasauskas dijo que un uso posible podría ser el marcar varios
sitios del ribosoma -sitio compuesto principalmente por ARN que se
encarga de la producción de proteínas- con
fluoróforos brillantes utilizando metiltransferasas de ARN
apropiadas, permitiendo estudios dinámicos en tiempo real del
complicado mecanismo de traducción proteica.
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English Version
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Cindy Fox Aisen
