Visualizan cA?mo se rompe la doble hA�lice de ADN

Diciembre 2014.- La rotura del A?cido desoxirribonuclA�ico (ADN) ocurre en procesos naturales como la reparaciA?n del material genA�tico. Investigadores del Centro Nacional de Investigaciones OncolA?gicas, del Instituto Carlos III, han congelado unas doscientas estructuras biolA?gicas para ilustrar esta reacciA?n quA�mica, que dura microsegundos. SegA?n estos cientA�ficos, entender este mecanismo contribuirA? a mejorar las herramientas biotecnolA?gicas para tratar, fundamentalmente, enfermedades genA�ticas.

El quipo de cientA�ficos estuvo dirigido por Guillermo Montoya, que ha desarrollado un mA�todo de producciA?n de cristales biolA?gicos que ha permitido observar, por primera vez, cA?mo se produce la rotura de la doble cadena del ADN.
AdemA?s, han desarrollado una simulaciA?n informA?tica que hace visible al ojo humano este proceso, de duraciA?n en la naturaleza de millonA�simas de segundo. Este trabajo se ha publicado en a�?Nature Structural & Molecular Biologya�?.

a�?Se sabA�a que las enzimas, o proteA�nas, endonucleasas son las responsables de esta rotura, pero hasta ahora no se conocA�a el mecanismo exactoa�?, explica este investigador. a�?En nuestro trabajo detallamos los procesos dinA?micos de esta reacciA?n biolA?gica bA?sica mediada por la enzima I-DmoI. Nuestras observaciones son extrapolables a otras muchas familias de endonucleasas que actA?an de forma idA�nticaa�?, aA�ade.

La rotura del ADN ocurre en numerosos procesos naturales clave para la vida: mutagA�nicos, de sA�ntesis, de recombinaciA?n, de reparaciA?n. El campo de la biologA�a molecular la emplea, tambiA�n, en procesos artificiales.

Una vez desentraA�ado el mecanismo exacto por el que se produce, este conocimiento podrA? emplearse en mA?ltiples aplicaciones biotecnolA?gicas: desde la correcciA?n de mutaciones para tratar enfermedades raras y genA�ticas, hasta el desarrollo de organismos genA�ticamente modificados.

Las enzimas son sistemas dinA?micos altamente especializados. Su funciA?n de rotura podrA�a asemejarse, segA?n indica Montoya, a la de una mA?quina para cortar telas tan especializada, que estuviera programada a�?para hacer el corte solo cuando bajo la cuchilla pasara un trozo de tejido con una determinada combinaciA?n de coloresa�?.

En este caso, los investigadores se centraron en observar los cambios conformacionales ocurridos en el centro activo de I-DmoI, aquella regiA?n que contiene los aminoA?cidos que actA?an como una cuchilla e inducen la rotura del ADN.
Alterando la temperatura y el pH, el equipo de este Centro del Instituto Carlos III ha logrado ralentizar hasta diez dA�as una reacciA?n quA�mica que en condiciones normales dura microsegundos. En estas condiciones, han creado una pelA�cula en slow-motion de todo el proceso.

a�?Introduciendo metales hemos sido capaces de disparar la reacciA?n enzimA?tica para posteriormente producir cristales biolA?gicos y congelarlos a -200 A?Ca�?, reconoce Guillermo Montoya. a�?AsA�, recogimos hasta 185 estructuras cristalogrA?ficas que representan todos los cambios conformacionales de cada paso de la reacciA?na�?.

Finalmente, mediante anA?lisis computacional, los investigadores han ilustrado los siete estadios intermedios del proceso de separaciA?n de las cadenas de ADN. a�?Es muy emocionante, porque la elucidaciA?n de este mecanismo nos darA? la informaciA?n necesaria para rediseA�ar estas enzimas y mejorar la precisiA?n de los a�?bisturA�es molecularesa�?, las herramientas esenciales para la modificaciA?n del genomaa�?, concluye.

Para llevar a cabo este proyecto que ha contado con la participaciA?n del grupo computacional dirigido por Modesto Orozco, de IRB Barcelona , ademA?s de la financiaciA?n del Ministerio de EconomA�a, ha aportado fondos la FundaciA?n RamA?n Areces.