La forma correcta de reparar el ADN

La forma correcta de reparar el ADN

Los científicos de Salk descubren que una microproteína ayuda a las células a elegir el mejor camino para reparar los genes y evitar el cáncer

LA JOLLA—¿Es mejor hacer una tarea rápidamente y cometer errores, o hacerlo despacio pero perfectamente? Cuando se trata de decidir cómo reparar las roturas en el ADN, las células se enfrentan a la misma elección entre dos vías principales de reparación. La decisión importa, porque la elección equivocada podría causar aún más daño en el ADN y provocar cáncer.

Los científicos del Instituto Salk descubrieron que una pequeña proteína llamada CYREN ayuda a las células a elegir el camino correcto en el momento adecuado, aclarando un misterio de larga data sobre la reparación del ADN y ofreciendo a los investigadores una herramienta poderosa que podría guiar mejores tratamientos para el cáncer. La obra aparece en Naturaleza en septiembre 20, 2017.

"Elucidar las vías de reparación del ADN es fundamental para comprender cómo a veces pueden ser tóxicos", dice Jan Karlseder, profesor del Laboratorio de Biología Molecular y Celular de Salk y autor principal del nuevo artículo. "Nuestro descubrimiento de la función de CYREN no solo se suma a nuestro conjunto de conocimientos, sino que nos brinda una nueva herramienta con la que potencialmente combatir el cáncer".

Las roturas de doble cadena, las lesiones más graves que le ocurren al ADN, pueden repararse mediante una de dos vías: un proceso rápido pero propenso a errores conocido como NHEJ (unión de extremos no homólogos) y una vía más lenta y libre de errores conocida como HR (recombinación homóloga). La vía más rápida vuelve a unir eficientemente las hebras rotas, pero en el caso de rupturas múltiples, puede unir los dos extremos equivocados, empeorando las cosas para una célula. La vía más lenta está libre de errores porque se basa en tener una secuencia de ADN intacta para guiar la reparación, pero esto significa que solo puede operar después de que una célula haya copiado su información genética para poder dividirse. Dado eso, la vía rápida opera exclusivamente antes de que se copie el ADN, aunque su maquinaria es tan eficiente y prolífica que los científicos se han preguntado por qué no supera a la vía más lenta y exacta después de la copia también. Los científicos han sospechado durante mucho tiempo que algo debe estar frenando la opción más rápida en esos casos.

Ese algo, revela el nuevo trabajo, es una microproteína llamada CYREN, que inhibe la vía más rápida cuando hay una copia de ADN disponible para que la use la vía más lenta. CYREN fue descubierto por otro científico de Salk, Alan Saghatelian, como parte de un esfuerzo de 2015 para identificar proteínas pequeñas llamadas "péptidos codificados por ORF cortos" o SEP, que se está descubriendo cada vez más que tienen funciones biológicas críticas.

"Encontramos muchos de estos péptidos en nuestro estudio anterior, pero realmente no sabíamos si alguno de ellos era importante hasta que el laboratorio de Karlseder se involucró", dice Saghatelian, profesor de Clayton Foundation Laboratories for Peptide Biology y uno de los coautores del artículo. "Gracias a este nuevo trabajo impresionante, ahora sabemos que hay algunas moléculas realmente importantes entre los cientos que estamos descubriendo".

La investigación de Saghatelian había sugerido que CYREN estaba interactuando con el interruptor maestro de la vía más rápida, una proteína llamada Ku. Para determinar la naturaleza exacta de la interacción, el equipo de Karlseder trabajó con una región del genoma donde normalmente se suprime la reparación para evitar fusiones peligrosas: los extremos de los cromosomas, llamados telómeros. Los investigadores pueden perturbar artificialmente los telómeros para activar la vía rápida, convirtiéndolo en un sistema modelo para probar los efectos de CYREN.

"Los telómeros ofrecen una gran herramienta de investigación porque realmente necesitan reprimir la reparación, pero hay formas de activar la maquinaria de reparación para que pueda estudiarla de una manera muy controlada", dice Nausica Arnoult, investigadora asociada de Salk y primera autora del papel. El equipo de Salk lo hizo y descubrió que con CYREN presente, no se produjeron reparaciones después de que la célula copiara su ADN, lo que sugiere que apaga el interruptor principal, Ku. Sin CYREN, la vía rápida de Ku estaba activa antes y después de la copia del ADN.

Debido a que los experimentos con los telómeros no le dijeron mucho al equipo sobre la competencia entre las vías rápida y lenta, Arnoult utilizó a continuación herramientas moleculares para comparar la reparación en células vivas con y sin CYREN. Combinó las tijeras de ADN conocidas como CRISPR con genes de proteínas fluorescentes que se activarían mediante la reparación para poder cortar el ADN de formas específicas y ver en el color resultante qué ruta había realizado la reparación. También analizó todas las interacciones proteicas que tuvieron lugar.

Estos experimentos revelaron que CYREN se une directamente a Ku para inhibir la vía rápida según el tiempo (antes o después de la copia del ADN) y el tipo de ruptura del ADN (suave o irregular, por ejemplo). Su actividad puede incluso ajustar la proporción de reparaciones rápidas a lentas.

“Nuestro estudio muestra que CYREN es un importante regulador de la elección de la ruta de reparación del ADN”, dice Karlseder, quien ocupa la cátedra Donald y Darlene Shiley en Salk. "El trabajo también apunta a la emocionante posibilidad de introducir potencialmente daños en el ADN de las células cancerosas y utilizar CYREN para evitar que realicen reparaciones".

Otros autores incluyeron: Adriana Correia, Jiao Ma y Anna Merlo de Salk; Sara Garcia-Gomez, Marija Maric y Simon J. Boulton de la Instituto Francis Crick; Marco Tognetti de ETH Zurich; y Christopher W. Benner de Universidad de California en San Diego.

El trabajo fue financiado por: Human Frontiers Science Program, Paul F. Glenn Center for Biology of Aging Research, Larry Hillblom Foundation Fellowship Grant, Wellcome Trust Senior Investigator Award, Francis Crick Institute (Cancer Research UK), Reino Unido Medical Research Council, Wellcome Trust, National Institutes of Health, National Cancer Institute, The Leona M. and Harry B. Helmsley Charitable Trust, Dr. Frederick Paulsen Chair/Ferring Pharmaceuticals, un Salk Institute Cancer Center Core Grant, Donald y Darlene Shiley Chair, Highland Street Foundation, Fritz B. Burns Foundation y Emerald Foundation.