[/media-credit] Una nueva técnica de los científicos de la Facultad de Medicina de la University of North Carolina (UNC, Universidad del Norte de Carolina), dirigida por el ganador del Premio Nobel Aziz Sancar, revela un amplio daño genético en el ADN que causa un importante carcinógeno.
La innovación se origina en el laboratorio de la galardonada con el Premio Nobel Aziz Sancar, MD, PhD, Sarah Graham Kenan Profesora de Bioquímica y Biofísica en la Facultad de Medicina de la UNC. En un estudio publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences, Sancar y su equipo desarrollaron una técnica útil para cartografiar sitios en el genoma que están siendo reparados después de un tipo común de daño al ADN. A continuación, utilizaron esa técnica para ubicar todos los daños causados por el carcinógeno químico principal – benzo [α] pireno.
«Este es un carcinógeno que representa alrededor del 30% de las muertes por cáncer en los Estados Unidos, y ahora tenemos un mapa genómico del daño que causa«, dijo Sancar.
Mapas como éstos ayudarán a los científicos a comprender mejor cómo se originan los cánceres inducidos por el tabaco, por qué algunas personas son más vulnerables o resistentes a los cánceres y cómo estos cánceres podrían prevenirse. Sancar también espera que el suministro de pruebas tan marcadas y específicas del daño del tabaco a nivel celular podría inducir a algunos fumadores a abandonar el hábito. Hay alrededor de 40 millones de fumadores en los Estados Unidos y un mil millones en todo el mundo.
«Sería bueno si esto ayuda a aumentar la conciencia de lo perjudicial que puede ser fumar», dijo. «También sería útil para los desarrolladores de drogas si conocemos exactamente cómo se repara el daño del ADN en todo el genoma«.
BaP: ¿Carcinógeno Químico de la Tierra?
El benzo [α] pireno (BaP) es un miembro de una familia de hidrocarburos simples, robustos, ricos en carbono – hidrocarburos aromáticos policíclicos – que pueden formarse incluso en el espacio exterior. Los científicos piensan que estas moléculas podrían haber sembrado la vida simple basada en carbono en la Tierra y otros planetas. Pero para las formas de vida más evolucionadas y complejas basadas en el ADN, por ejemplo los humanos, el BaP supone un serio peligro para el medio ambiente. Es un subproducto de la quema de compuestos orgánicos, como las plantas de tabaco. Las formas de combustión cotidianas, desde incendios forestales hasta motores diesel y parrillas, ponen mucho BaP en nuestro aire, suelo y alimentos. Pero nada en la vida ordinaria lo transporta al tejido humano más eficientemente que aspirar en un cigarrillo encendido.
Normalmente, cuando un hidrocarburo tóxico entra en una persona a través de la respiración o comer, las enzimas en nuestra sangre se descomponen en moléculas más pequeñas y más seguras. Esto ocurre también para BaP, pero las reacciones protectoras también producen un compuesto llamado benzo [α] pireno diol epóxido (BPDE), que resulta ser peor que el BaP mismo.
BPDE reacciona químicamente con el ADN, formando un enlace muy estrecho en la nucleobase guanina. Este enlace, o aducto, significa que los genes ya no pueden hacer proteínas adecuadas y el ADN no puede ser duplicado correctamente durante la división celular. Y si eso sucede, la enfermedad puede ser el resultado.
«Si un aducto -reacción en donde 2 o más moleculas se combinan para formar una más grande sin necesidad de liberar atomos- BPDE se produce en un gen supresor de tumor y no se repara en forma oportuna, lo que puede conducir a una mutación permanente que convierte a una célula cancerosa«, dijo Wentao Li, PhD, un investigador postdoctoral y autor principal del estudio.
No queda duda sobre la carcinogenicidad básica de la reacción química. Pintar una dosis moderada de BaP en la piel de un ratón de laboratorio, y es casi seguro que los tumores entran en erupción. El BaP, a través de BPDE, ha sido reconocido desde hace mucho tiempo como un promotor de múltiples tipos de cáncer y se le considera la causa más importante de cáncer de pulmón.
Reparaciones en curso
El nuevo método de Sancar para cartografiar el daño del ADN inducido por BaP permite a los científicos identificar los sitios en el genoma donde las células están tratando de reparar el daño. Sancar ganó una parte del premio Nobel 2015 de química por haber cartografiado a nivel molecular cómo las células reparan el ADN dañado para salvaguardar la información genética.
Conocido como la reparación de la escisión de nucleótidos, que implica el reclutamiento de proteínas especiales que realizan la cirugía de ADN. Recortan la hebra afectada del ADN. Si todo va bien, las enzimas que sintetizan el ADN luego reconstruyen la sección que falta del ADN de otra hebra no afectada. Esto es posible porque todas las formas de vida basadas en células en la Tierra tienen 2 hebras complementarias de ADN. Mientras tanto, la sección dañada cortada del ADN flota libre hasta que las moléculas de eliminación de basura eventualmente la degradan.
Esos pedazos de ADN dañado que flotan libremente pueden ser basura para la célula, pero son «oro sólido» para un científico que quiere hacer un mapa de todos los daños en un genoma. Con el nuevo método, los científicos pueden etiquetar y recolectar estos fragmentos desechados, secuenciarlos y luego encajar sus secuencias -como si fueran diminutas piezas de un rompecabezas gigante- para crear un mapa del genoma. Al final, los científicos tienen un mapa completo de los sitios donde las reparaciones al ADN dañado han comenzado.
Dado el esfuerzo y el gasto requeridos para la secuenciación del ADN, el mapa inicial de prueba de concepto publicado por Sancar, Li y sus colegas no tiene la mayor resolución posible. Pero señala el camino hacia el uso científico rutinario de tales mapas, especialmente a medida que disminuyen los costos, para comprender mejor cómo los eventos dañinos con el ADN conducen a la enfermedad y la muerte.
Esta técnica de cartografía debe ayudar a responder a varias preguntas, tales como:
- ¿Qué dosis de una toxina se necesita para abrumar la capacidad de reparación de la escisión de nucleótidos de la persona promedio?
- ¿Qué variaciones -y en qué genes- dan a las personas más o menos capacidad para reparar ese daño al ADN?
- ¿Hay ciertos puntos en el genoma donde las reparaciones exitosas son inherentemente menos probables?
Incluso con su mapa inicial de resolución media, Sancar y sus colegas pudieron demostrar que las reparaciones de daño de BPDE tienden a ocurrir más a menudo cuando la guanina (G) sobrecargada de BPDE está junto a una citosina (C) en lugar de una timina (T ) O adenina (A). Esto sugiere que hay «hotspots» de mayor riesgo de mutación inducida por BPDE.
«Entender este sesgo en la reparación debe ayudarnos a entender mejor por qué las exposiciones a toxinas como BaP tienden a causar ciertas mutaciones genéticas«, dijo Li.
Viendo hacia adelante
En estudios publicados en 2015 y 2016, Sancar y sus colegas usaron versiones anteriores de su técnica para correlacionar otros 2 tipos de daño al aducto de ADN: uno realizado con luz ultravioleta y el otro con el medicamento común de quimioterapia cisplatino. Esos estudios de cartografía requerían un paso químico adicional – eliminando el daño de un fragmento extirpado antes de secuenciarlo – porque la enzima de lectura del ADN necesaria para el proceso de secuenciación se pegaría de otro modo en el aducto. Por el contrario, la nueva técnica emplea enzimas «translesionales» con dimensiones que le permiten seguir leyendo una cadena de ADN incluso cuando está presente un aducto BPDE voluminoso.
«Este nuevo método puede aplicarse a cualquier tipo de daño del ADN que involucre la reparación de la escisión de nucleótidos«, dijo Sancar.
Sancar, Li y sus colegas ahora están usando la nueva técnica para cartografiar la reparación del daño del ADN asociada con otras toxinas ambientales. Su próximo proyecto se centra en las aflatoxinas, una familia de moléculas producidas por moho que se encuentran a menudo en las nueces y granos mal almacenados. Estas toxinas dañan el ADN y son las principales causas del cáncer de hígado en los países en desarrollo.
Los investigadores también están realizando más estudios para descubrir los factores que influyen en dónde y si nucleótidos escisión de reparación del ADN se produce. Para ello, necesitan cartografiar los sitios de daño real en el propio genoma, no sólo los fragmentos dañados que se cortan durante las reparaciones.
En uno de estos proyectos, han desarrollado un método sensible, de alta resolución para la cartografía del daño real del ADN causado por la luz ultravioleta. Al combinar ese método con la cartografía de reparación, han descubierto que el daño UV al ADN parece ser esencialmente uniforme, aunque el proceso de reparación no lo es. La reparación parece estar afectada por una serie de factores, incluyendo la forma activa en que se está copiando un determinado tramo de ADN para codificar la fabricación de proteínas. Actualmente están aplicando este método a BaP para complementar el mapa de reparación que han generado.
Esto indica de nuevo la probabilidad de «hotspots» donde es menos probable que ocurra la reparación y es más probable que surjan las mutaciones.
«Estoy seguro«, dijo Sancar, «que toda esta información llevará a una mejor comprensión de por qué ciertas personas están predispuestas al cáncer, y que las mutaciones relacionadas con el tabaco conducen específicamente al cáncer de pulmón«.
Y eso, a su vez, podría mas adelante tener implicaciones para el desarrollo de más terapias de focalización.
Los National Institutes of Health (Institutos Nacionales de Salud de los Estados Unidos), financiaron este trabajo.
