Es demostra experimentalment l'existència d'un camí per evitar les lesions del DNA durant el procés de replicació

En el procés de replicació del DNA, se separen les dues cadenes que actuen de motlle per sintetitzar una cadena complementària, la qual s’unirà a cadascuna de les cadenes inicials per crear dues molècules de DNA idèntiques a l’original.
En el procés de replicació del DNA, se separen les dues cadenes que actuen de motlle per sintetitzar una cadena complementària, la qual s’unirà a cadascuna de les cadenes inicials per crear dues molècules de DNA idèntiques a l’original.
Recerca
(30/11/2012)

Les lesions del DNA són molt habituals —a lʼentorn dʼun milió de lesions al dia per cèl·lula—, atès que són cadenes molt llargues en què sovint falta una base o bé han estat danyades. Aquestes lesions poden provocar la interrupció del procés de replicació del DNA, fet que pot degenerar en la mort de la cèl·lula. Per evitar aquestes lesions, existeixen diversos camins —bypass— que permeten «saltar» la lesió per continuar el procés de replicació del DNA. Un dʼaquests camins sʼha pogut mostrar sencer experimentalment in vitro mitjançant tècniques de manipulació de molècules individuals en un treball publicat avui a Science i que ha liderat la investigadora de la Universitat de Barcelona Maria Mañosas. 

En el procés de replicació del DNA, se separen les dues cadenes que actuen de motlle per sintetitzar una cadena complementària, la qual s’unirà a cadascuna de les cadenes inicials per crear dues molècules de DNA idèntiques a l’original.
En el procés de replicació del DNA, se separen les dues cadenes que actuen de motlle per sintetitzar una cadena complementària, la qual s’unirà a cadascuna de les cadenes inicials per crear dues molècules de DNA idèntiques a l’original.
Recerca
30/11/2012

Les lesions del DNA són molt habituals —a lʼentorn dʼun milió de lesions al dia per cèl·lula—, atès que són cadenes molt llargues en què sovint falta una base o bé han estat danyades. Aquestes lesions poden provocar la interrupció del procés de replicació del DNA, fet que pot degenerar en la mort de la cèl·lula. Per evitar aquestes lesions, existeixen diversos camins —bypass— que permeten «saltar» la lesió per continuar el procés de replicació del DNA. Un dʼaquests camins sʼha pogut mostrar sencer experimentalment in vitro mitjançant tècniques de manipulació de molècules individuals en un treball publicat avui a Science i que ha liderat la investigadora de la Universitat de Barcelona Maria Mañosas. 

«Aquest camí sʼhavia proposat als anys setanta i ara lʼhem pogut demostrar experimentalment en un sistema víric mitjançant la manipulació de molècules individuals que, al contrari que les tècniques tradicionals de bioquímica que treballen amb un gran nombre de molècules, permet estudiar com una proteïna fa un treball en temps real sobre una sola molècula», explica Mañosas, investigadora del Departament de Física Fonamental de la UB, adscrit al campus dʼexcel·lència internacional BKC.

Per poder estudiar les molècules individuals sʼhan utilitzat pinces magnètiques, una tècnica que consisteix a preparar molècules de DNA unides, dʼuna banda, a boletes magnètiques dʼun micròmetre i, de lʼaltra, a una superfície de vidre. Un sistema dʼimants genera un camp magnètic que permet manipular les boletes i aplicar-hi forces. Amb aquest sistema es poden mesurar canvis de longitud de les cadenes de DNA mitjançant la visualització en una pantalla de les boletes magnètiques. Segons Mañosas, «es pot inferir lʼactivitat de proteïnes sobre el DNA a través de la mesura dels canvis en lʼextensió de la molècula. Els canvis són generats pel treball de les proteïnes».   
 
Lʼestratègia de canvi de motlle
 
En el procés de replicació del DNA, se separen les dues cadenes que actuen de motlle per sintetitzar una cadena complementària, la qual sʼunirà a cadascuna de les cadenes inicials per crear dues molècules de DNA idèntiques a lʼoriginal. En aquesta reacció actuen, entre dʼaltres, les polimerases, uns enzims encarregats de sintetitzar les cadenes de DNA. Quan en una de les dues cadenes derivades del DNA original que sʼestà replicant hi ha una lesió, concretament en lʼanomenada cadena conductora, la polimerasa deixa de sintetitzar les bases, i per tant, atura el procés de replicació. «Aturar aquest procés pot comportar problemes en els mecanismes de creixement de les cèl·lules», explica Mañosas. «Quan tot el mecanisme de replicació (replisoma) es desassembla, sʼinicia el camí de bypass estudiat en aquest treball», assenyala lʼautora, que és membre del Centre dʼInvestigació Biomèdica en Xarxa de Bioenginyeria, Biomaterials i Nanomedicina (CIBER-BBN) i investigadora de la Universitat de París.
 
El procés estudiat sʼinicia amb la intervenció dʼuna proteïna de tipus helicasa (UvsW) que promou la unió de les cadenes de DNA, fenomen conegut com a hibridació del DNA. Aquesta proteïna també és capaç de crear una estructura intermèdia (unió de Holliday) a partir de la cadena ja replicada sense lesió i, juntament amb lʼacció coordinada de la polimerasa, fer que el sistema torni al punt de partida, un cop superada la seqüència amb lesió, i reiniciar la reacció de replicació. «Per tant, la informació perduda quan una cadena està danyada es pot recuperar a partir de lʼaltra cadena intacta, que actua com a còpia de seguretat; fenomen que es coneix com a estratègia de canvi de motlle. En el treball també hem estudiat els mecanismes de regulació dʼaquest camí, així com la velocitat dʼactuació de lʼhelicasa UvsW, que és de 1.500 bases per segon, una de les més ràpides que es coneixen», conclou Mañosas.
 
La reparació de lesions en el DNA és fonamental en moltes malalties. Conèixer a fons aquests fenòmens podria permetre actuar sobre proteïnes que tenen funcions similars a la UvsW en humans, la disfunció de les quals té un paper rellevant en diverses patologies. En aquest sentit, actualment Mañosas treballa en lʼestudi dʼuna proteïna humana anomenada HARP per conèixer com funciona, ja que se sap que té un rol important en el procés de manteniment del genoma i la seva disfunció està relacionada amb alguns tipus de càncer.

Article:

Maria Manosas, Senthil K. Perumal, Vincent Croquette i Stephen J. Benkovic. Direct Observation of Stalled Fork Restart via Fork Regression in the T4 Replication System. Science, 30 November 2012: 1217-1220. DOI:10.1126/science.1225437.

Animació: