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Bioquímica

El efecto de la triple hélice

El ADN con tres cadenas puede regular la expresión de ciertos genes

La triple hélice (en rosa) detectada en un cromosoma de mosca: modulación de genes

Eduardo GorabLa triple hélice (en rosa) detectada en un cromosoma de mosca: modulación de genesEduardo Gorab

Hace cuatro años, el investigador Eduardo Gorab, del Instituto de Biociencias de la Universidad de São Paulo (IB-USP), desarrolló un método en el cual se valía de un antiguo anticuerpo para reconocer un tipo raro de estructura presente en el material genético de moscas de las especies Rhynchosciara americana y Drosophila melanogaster: moléculas de ADN compuestas por tres cadenas entrelazadas de bases nitrogenadas, en lugar de la tradicional doble hélice, la conformación común del ácido desoxirribonucleico. La insólita triple hélice se encontraba presente en la heterocromatina, una región cromosómica en la cual el ADN permanece compactado junto con proteínas y el ARN, el ácido ribonucleico. Por eso, cuando detectó esa triple hélice en el interior de esa región, Gorab sospechó que la misma pudiese estar asociada con el proceso de desactivación de genes, común en la heterocromatina. No obstante, un estudio publicado el 27 de enero de este año en la revista científica Nature Structural & Molecular Biology por el brasileño y colegas de Europa y Japón sugiere nuevas posibilidades acerca del rol de las triples hélices en el núcleo celular.

Con la herramienta molecular creada por Gorab, el grupo internacional de investigadores halló en la cromatina de embriones de ratones triples hélices formadas por cadenas de bases de conformación ligeramente distinta a la identificada en el material genético de las moscas. En lugar de tres cadenas en espiral de ADN, las células de los animales presentaban dos cadenas de ADN unidas con una de ARN. Estas triples hélices se detectaron en un estadio bastante específico e inicial del proceso de desarrollo del embrión, cuando el mismo solamente contaba con entre dos y ocho células. En esta etapa de la embriogénesis, la presencia de las triples hélices parecía incrementar la expresión de ciertos genes importantes para esa fase del proceso. En estadios más avanzados del embrión, cuando este conjunto de genes ya no estaba activado, la cinta de ARN acoplada a las dos de ADN tampoco era detectada. “In vivo, también observamos que cuando estimulábamos la producción de la triple hélice, la expresión de esos genes aumentaba”, afirma Gorab. “Los resultados de este trabajo no constituyen una prueba directa y cabal de que eso suceda, pero refuerzan esa correlación.”

De acuerdo con una de las autoras del estudio, la investigadora María Elena Torres Padilla, del Instituto de Genética y Biología Molecular y Celular (IGBMC), de Estrasburgo, Francia, el posible efecto regulatorio de la triple hélice se manifiesta en ese estadio del desarrollo embrionario sobre una arquitectura atípica de la cromatina. Por definición, la cromatina presenta dos formas distintas: una activa, la eucromatina, en la cual el ADN se encuentra accesible y puede ser expresado por proteínas regulatorias, y una inactiva, la mencionada heterocromatina, en la cual el material genético se encuentra compactado y no puede utilizarse.

En el trabajo con las células embrionarias de los roedores, la cromatina se encontraba en un estadio atípico, intermedio entre sus dos formas, pero al cual podía acceder la triple hélice para regularlo. “Estábamos abocados a la búsqueda de un mecanismo regulatorio vinculado al ARN que tendría impacto sobre la ‘estructura’ o la ‘conformación’ de la cromatina”, explica Torres Padilla. “Como el ARN forma una triple hélice con el ADN, era un buen aspirante a cumplir ese papel.”

063-065_Helice_2051Infográfico Ana Paula Campos Ilustração Gabriel BitarSi bien el fenómeno de la formación de moléculas de ADN con más de dos cadenas de ácidos nucleicos es estudiado desde la década de 1950, los bioquímicos empezaron a comprender mejor los mecanismos que pueden llevar al surgimiento de este tipo de material genético menos convencional recién durante los últimos 10 ó 15 años. “Las triples hélices tienden a formarse en regiones del genoma en las cuales se producen seguidamente repeticiones de una base, aunque existen también otras posibilidades”, dice Gorab. Es decir, se tramos del ADN ricos en secuencias con un solo nucleótido, como TTTTT (para la base timina) o AAAAA (adenina), por ejemplo, son candidatos a albergar hélices con más de dos cadenas. Debido a que alrededor de la mitad del genoma de los mamíferos está compuesto por secuencias repetitivas, formadas por elementos móviles (transposones y retrotransposones) que pueden cambiar de lugar o autocopiarse a lo largo del genoma, la presencia de este tipo de estructura no sería entonces tan rara.

Un ADN cuádruple
Un ADN con tres cadenas puede formarse de más de una manera. En el estudio de Gorab con las moscas, la triple hélice se originó en el desapareo de las dos cadenas que componen la molécula común de ADN a partir de un determinado punto de la secuencia. Un fragmento del ADN permanece con las dos cadenas de bases nitrogenadas apareadas mientras que otro presenta cadenas sueltas. Sin embargo, una de estas cintas sueltas se pliega y se une al tramo de ADN que había mantenido ambas cadenas apareadas. De esta forma, surge una molécula de ácido desoxirribonucleico con tres cadenas, todas originadas en una sola molécula. Éste es el ADN triple intramolecular.

Existe también el ADN triple intermolecular, cuando una de las cadenas es cedida por una segunda molécula de ADN. En este caso, la triple hélice tiene dos cadenas provenientes de un ADN convencional más una cinta que se desprendió de otro ADN. En el trabajo con los ratones, cuando Torres Padilla empleó el anticuerpo creado por Gorab, la tercera cadena del ADN fue cedida por una molécula de ARN, que normalmente cuenta con tan sólo una cadena de bases. “Con nuestra metodología podemos detectar varias formas de ácidos nucleicos triples”, dice el investigador de la USP.

Estructura de ADN cuádruple: posible relación con el cáncer

Gabriel BitarEstructura de ADN cuádruple: posible relación con el cáncerGabriel Bitar

No existen evidencias de que la formación de estructuras genéticas todavía poco conocidas, tales como la triple hélice, estén necesariamente relacionadas con el surgimiento de enfermedades. En teoría, elementos que actúan como moduladores de la actividad de los genes pueden generar efectos tanto positivos como negativos. Un estudio publicado en enero de este año en la revista Nature Chemistry identificó hélices cuádruples de ADN, otra conformación poco usual de esta molécula, en células humanas con cáncer. Este descubrimiento puede ser de utilidad para la comprensión del proceso de aparición de tumores y quizá, incluso, para el desarrollo de nuevos abordajes terapéuticos.

Con cuatro cadenas entrelazadas, este tipo de ADN se forma en tramos del genoma ricos en la base nitrogenada guanina, representada por la letra G. Por eso reciben el nombre de cuadruplejos-G o cuartetos-G. “La investigación indica que los cuadruplejos aparecen con mayor frecuencia en genes de células que están dividiéndose rápidamente, tales como las del cáncer”, dijo en la ocasión Shankar Balasubramanian, de la Universidad de Cambridge, el principal autor del estudio. “Para nosotros, esto refuerza fuertemente un nuevo paradigma, el del uso de estas estructuras con cuatro cadenas como blancos para tratamientos personalizados en un futuro.”

Proyecto
Aspectos moleculares de la heterocromatina en especies de la familia Sciaridae (Diptera: Nematocera) (2008/ 50653-2); Modalidad Línea Regular de Ayuda al Proyecto de Investigación; Coord. Eduardo Gorab – IB/ USP; Inversión R$ 165.485,11 (FAPESP).

Artículo científico
FADLOUN, A. et al. Chromatin signatures and retrotransposon profiling in mouse embryos reveal regulation of LINE-1 by RNA. Nature Structural & Molecular Biology. 27 jan. 2013.