ADN: el gran sensor

En 2015 Tomas Lindahl, Paul Modrich y Aziz Sancar recibieron conjuntamente el Premio Nobel en Química por sus estudios sobre los mecanismos de reparación del ADN. Estos procesos buscan evitar que las mutaciones en el genoma se transmitan a las células hijas y se perpetúen. Algo que, a largo plazo, puede llevar por ejemplo al desarrollo de tumores.

En un trabajo publicado hoy en la revista Cell Reports investigadores del CONICET y la FCEN-UBA junto a colegas de Italia, España, Brasil y Canadá descubrieron que el daño al ADN (y no a otras moléculas dentro de la célula) dispara cambios en la expresión de los genes.

El actor principal es un mecanismo, llamado NER (por el inglés de nucleotide excision repair, reparación por escisión de nucleótidos), que ya había sido identificado por su función de reparación de ADN dañado.

“Lo que describimos es una nueva función de un viejo sistema. NER no sólo detecta el daño sino que, mientras comienza a repararlo, ‘avisa’ a la célula que se están realizando esas tareas, impide que se divida hasta que estén solucionadas y activa las señales para que se produzcan las proteínas que necesita”, sintetiza Manuel J. Muñoz, investigador adjunto del CONICET en el Instituto de Fisiología, Biología Molecular y Neurociencias (IFIBYNE, CONICET-UBA) y primer autor del trabajo.

Y en el inicio, había sol

Se sabe que la radiación ultravioleta (UV) produce mutaciones en el ADN. En este trabajo el equipo, dirigido por Alberto Kornblihtt, investigador superior del CONICET y director del IFIBYNE, estudió en células de la piel la formación de un tipo de daño específico llamado dímero de pirimidina, que es el tipo de lesión en el ADN más frecuente que aparece frente a la radiación UV.

“Cuando se forman estos dímeros se tuerce la hebra de ADN y se forma una especie de ‘bucle’ que NER reconoce para comenzar a repararlos”, explica Kornblihtt.

A partir del daño al ADN comienza una cascada de eventos que lleva, en última instancia, a la reparación del daño y a la reanudación del ciclo celular. Es decir, a que la célula pueda seguir con sus funciones y dividirse.

El trabajo justamente explica esa cadena de acontecimientos. Primero, NER reconoce el ‘bucle’ en el ADN y se une. Después empieza el segundo paso, que es cuando comienza la reparación y ‘avisa’ a la célula que hay un error en el ADN para que detenga su ciclo celular hasta que esté reparado.

“Ahí NER activa una enzima llamada ATR que, indirectamente, modifica la expresión de determinados genes a través del proceso de splicing alternativo. Es decir que induce la síntesis de las proteínas específicas que necesita la célula en ese momento para detener su ciclo celular”, agrega Luciana Giono, investigadora asistente del CONICET y también autora del trabajo.

El splicing alternativo es el proceso que le permite a la célula obtener diferentes proteínas a partir de un único gen, según las ‘piezas’ que se incluyan. Lo que ATR hace es actuar sobre el splicing para que se produzcan las proteínas que necesita la célula en ese momento y no otras.

Dos experimentos para comprobar

El trabajo empezó a partir de una pregunta. Ante la radiación UV ¿quien da aviso a la célula que hay peligro?

“Cuando una célula recibe radiación hay muchísimas moléculas -proteínas, azúcares, ADN, ARN o lípidos – que pueden absorber la luz UV y modificar su estructura, es decir que podrían ser posibles sensores de radiación. El ADN es uno, pero no el único”. Entonces para discriminar cuál era el sensor de la luz UV que transmitía su efecto a la maquinaria de splicing realizamos dos experimentos clave”, explica Muñoz.

En el primero, los investigadores del grupo en que también participaron los becarios doctorales del CONICET Nicolás Nieto Moreno y Adrián Cambindo Botto, irradiaron el ADN puro fuera de las células y después lo introdujeron en ellas. “En ese caso la célula y sus componentes no habían recibido radiación y estaban intactos. El único dañado era en el ADN, y así vimos que la célula activaba su mecanismo de reparación y la cascada de señalización de ATR que afectaba a la expresión de los genes a nivel del splicing”, explica Giono.

El segundo experimento estaba planteado como la situación inversa: el objetivo era dañar todo menos el ADN. Como no es posible sacar el ADN, irradiar la célula y volver a introducirlo, utilizaron una maquinaria de reparación de ADN que existe en algunas bacterias, plantas y mamíferos marsupiales cuyas enzimas son las fotoliasas. “Irradiamos células de piel humana (no tienen fotoliasa porque somos mamíferos placentarios) e introdujimos y activamos la fotoliasa marsupial lo más rápidamente posible para que repare el ADN. Entonces todo estaba afectado por la radiación UV menos el ADN y vimos que no había efecto sobre la expresión de los genes o o el splicing”, comenta la investigadora.

Es decir que para que se active la maquinaria que indica a la célula que hay un daño y que se genere una respuesta solo es necesario que esté dañado el ADN. Si hay otras moléculas, organelas o componentes celulares afectados no importa porque no disparan este mecanismo de señalización.

“Este trabajo es una prueba muy robusta de que cuando irradiás una célula no importa si se dañan otras cosas, lo que hace cambiar el splicing alternativo y por ende las funciones con las que una célula cuenta es el daño específicamente en el ADN”, finaliza Kornblihtt.