HomeNewsTrabajando juntos para resolver un problema misterioso en la replicación y reparación de ADN

HHMI News

Trabajando juntos para resolver un problema misterioso en la replicación y reparación de ADN

Summary

Utilizando biología molecular, bioquímica y biofísica, una profesora del HHMI y un colega en la Universidad Vanderbilt han descubierto el mecanismo que permite la replicación de ADN en un modelo mamífero.

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”.

Scientist Profile

HHMI Professor
Vanderbilt University

Related Links

For More Information

Jim Keeley
[ 301-215-8858 ]