La huntingtina agarra un martillo: reparación del ADN en la EH
Un estudio reciente sugiere que la huntingtina ayuda a reparar el ADN dañado, bajo la dirección de una proteína de reparación genética llamada ATM.
El daño al ADN es un tema candente en la EH, y una nueva investigación ofrece una explicación intrigante. Investigadores canadienses han descubierto un papel potencial de la huntingtina en la reparación del ADN. Especulan que la proteína normal es reclutada al núcleo para proporcionar un andamio de apoyo para un equipo de construcción de proteínas de reparación del ADN. La huntingtina mutante puede desplazarse al trabajo, pero no puede rendir.
Localización precisa de la proteína huntingtina
Una extensión irregular de repeticiones CAG es la fuente genética de la enfermedad de Huntington. El gran misterio es cómo esta simple adición a un solo gen desencadena el deterioro de regiones cerebrales específicas que controlan el estado de ánimo, el movimiento y el razonamiento. La investigación de la EH suele enfatizar la mutación, modelando la disfunción que resulta en células y ratones. Este enfoque continúa avanzando en nuestra comprensión de la EH, pero igualmente importante es la búsqueda de la función normal de la huntingtina. ¿Qué se supone exactamente que debe estar haciendo y cómo se interrumpe esa actividad en la EH?
La huntingtina es una proteína enorme y multifuncional, y sabemos que es esencial para el desarrollo del cerebro. Investigaciones anteriores la han definido como un mediador del transporte y la comunicación dentro de las células nerviosas. Es importante destacar que la huntingtina también puede entrar y salir del núcleo, el centro de control de la célula, donde se almacena el ADN. No sabemos exactamente por qué la huntingtina necesita acceso nuclear, pero un estudio reciente ofrece una explicación, que apunta a un trabajo crítico: la reparación del ADN dañado.
Crédito de la imagen: Construcción GEA
Supervisión de la reparación de daños en el ADN
El ADN está continuamente en uso intensivo para construir bloques de construcción celulares y modificar la mensajería molecular. Con frecuencia sufre daños que requieren reparación inmediata, hasta un millón de veces al día, y hay todo un equipo de proteínas involucradas en el mantenimiento.
En 2015, informamos sobre un gen que se encuentra en el núcleo detectando daños en el ADN y reclutando proteínas de reparación para solucionarlo. Este gen de vigilancia de daños se llama ataxia telangiectasia mutada, o ATM, y sus niveles estaban elevados en ratones con EH.
Aunque la ATM dirigió otras proteínas para reparar el daño al ADN, también reclutó proteínas que matarían la célula si el daño era demasiado grande. En otras palabras, en ratones con EH, la ATM actuó como un capataz de construcción demasiado celoso, sobrecargando al equipo de reparación y llamando al equipo de demolición. En consecuencia, reducir a la mitad la cantidad de ATM en ratones con EH mejoró su comportamiento y protegió sus células cerebrales.
Mientras que la ATM supervisaba los caóticos sitios de renovación donde el ADN estaba dañado, la huntingtina mutante estaba entrando en el núcleo. Esto llevó al investigador canadiense Ray Truant de la Universidad McMaster a preguntarse si la ATM estaba llamando a la proteína huntingtina al núcleo como parte del equipo de reparación del ADN. El trabajo anterior del laboratorio apoyó esta idea: cuando se produjo estrés en el ADN en las células, la huntingtina adquirió una especie de etiqueta de identificación temporal, llamada modificación postraduccional, que le permitiría entrar en el núcleo. Cuando observaron más de cerca, la huntingtina y la ATM aparecieron en los mismos lugares dentro del núcleo. ¿Podría la huntingtina estar respondiendo a la llamada de la ATM y entrando en el núcleo para ayudar a reparar el daño al ADN?
Faros de huntingtina y el capataz de la ATM
El equipo de Truant, dirigido por la investigadora postdoctoral Tam Maiuri, utilizó un método innovador para perseguir su hipótesis, utilizando moléculas llamadas «cromocuerpos». Estos pueden adherirse a objetivos proteicos específicos y emitir luz fluorescente, iluminando las proteínas que trabajan y que pueden rastrearse bajo un microscopio. En este caso, era como adjuntar un pequeño faro a cada proteína huntingtina dentro del núcleo. Una advertencia es que esta nueva técnica a veces puede ser un poco tóxica, pero es una forma completamente nueva de visualizar la huntingtina en las células vivas.
Los investigadores razonaron que si la propia huntingtina es parte del equipo de reparación del ADN, la proteína brillante viajaría a los sitios donde el ADN había sido dañado, bajo la dirección de la ATM. Para probar esto, utilizaron un haz de luz láser extremadamente preciso para irradiar cada núcleo, grabando una franja de daño en el ADN a su paso. Poco después, observaron la llegada de proteínas huntingtina brillantes a lo largo de la franja lesionada. Las proteínas ATM se congregaron en el mismo lugar. Cuando se usó un fármaco para silenciar la ATM, las proteínas huntingtina no navegaron a la franja de daño del ADN, lo que sugiere que la ATM podría señalar a la huntingtina para que se uniera al equipo de reparación. La ATM no fue directamente responsable de fijar la etiqueta de identificación de la huntingtina para acceder al núcleo, por lo que el reclutamiento de la huntingtina probablemente se produce a través de un intermediario. La cadena de mando exacta es el tema de futuros experimentos.
La especialidad de reparación de la huntingtina
El daño al ADN se presenta en muchas variedades: imagine su doble hélice como una escalera de madera asediada por una pandilla de niños revoltosos. Algo está destinado a derramarse, astillarse o desgastarse, en incrementos diminutos pero incesantes, con consecuencias potencialmente peligrosas. En la célula, la reparación negligente de roturas de cadenas de ADN, distorsiones estructurales o adiciones incorrectas podría, en casos extremos, conducir al cáncer o incluso a la muerte celular. La huntingtina llegó a lo largo de una trinchera grabada con láser de daño severo y multifacético en el ADN, pero ¿qué tipo de reparación estaba allí para apoyar? La mayoría de las proteínas del equipo de reparación del ADN tienen un punto fuerte específico, y el equipo de Truant quería determinar la especialidad de la huntingtina.
«El daño al ADN fue más persistente en las células EH que en las normales, lo que sugiere que la huntingtina mutante es menos eficiente en su función de reparación»
Otros hallazgos recientes del laboratorio de Truant sugirieron que la huntingtina podría entrar en el núcleo en respuesta a factores estresantes que pueden causar lesiones de ADN de una sola base. Estas lesiones afectan solo a una «letra» de un solo par en el código genético, lo que podría sonar mínimo, pero ahora imagine un clavo afilado que sobresale de un escalón en la escalera de madera. El daño de una sola base se repara en ubicaciones específicas mediante un proceso llamado reparación por escisión de bases, o BER. Para demostrar que la huntingtina podría desempeñar un papel en la BER, los investigadores expusieron las células a un químico que causa daño de una sola base. La huntingtina no solo viajó a los sitios donde se produjo la BER, sino que se reunió junto con un equipo de proteínas de reparación del ADN conocidas. Solo las proteínas del equipo de renovación de BER se unieron bioquímicamente a la huntingtina. Esto sugiere que la huntingtina puede actuar como un andamio, proporcionando un marco para que otras proteínas BER lleguen a los sitios de ADN que necesitan trabajo. Una vez más, la huntingtina solo llegó a los sitios de reparación cuando la ATM estaba activa, lo que implica que fue reclutada por la ATM.
La huntingtina mutante viene a trabajar y estropea el trabajo
En ratones con EH, la reducción de los niveles de ATM fue beneficiosa, tal vez porque atenuó las reparaciones de ADN mal dirigidas y las demoliciones celosas de la ATM. Pero si la propia huntingtina ayuda a reparar las lesiones del ADN, tal vez haya una diferencia en cómo la huntingtina normal versus la mutante se mueve al núcleo o participa en el trabajo de reparación. Maiuri razonó que la huntingtina mutante podría ser menos móvil o menos eficiente. Para probar esto, trabajó con células de piel normales y mutantes donadas por pacientes con EH y sus cónyuges.
Resulta que la movilidad no era el problema: la huntingtina mutante navegó a los sitios de daño del ADN al igual que la huntingtina normal. Sin embargo, el daño al ADN fue más grave y más persistente en las células EH que en las normales, lo que sugiere que la huntingtina mutante es menos eficiente en su función de reparación que la huntingtina normal. No estamos exactamente seguros de cómo, pero es posible que la huntingtina mutante forme un andamio inestable, lo que podría impedir la reparación eficiente del ADN dañado. Además, la huntingtina mutante voluminosa podría de alguna manera obstaculizar otros negocios importantes en el núcleo. Al igual que con un retraso prolongado en la construcción, ahora tiene una estructura inactiva y tráfico adicional. Ya sea que la huntingtina mutante sea mala en su trabajo de reparación del ADN o esté causando drama en el lugar de trabajo, se convierte en una situación de perder-perder para que la ATM la convoque al núcleo. Esto podría explicar por qué la reducción de los niveles de ATM en ratones con EH fue beneficiosa.
Avanzando: estudiando el daño al ADN en la EH
En general, los datos apuntan a un papel potencial de la huntingtina normal en la reparación del ADN, y los autores pudieron especular sobre cómo la mutación de la EH podría interferir con esa función. Se necesitarán más experimentos para fortalecer el vínculo entre la ATM y la huntingtina, y para comprender cómo podrían comunicarse sobre la reparación del ADN en momentos de estrés. Si bien la técnica del cromocuerpo es una forma novedosa y útil de observar el movimiento de la huntingtina, la superposición de dos proteínas brillantes no nos informa completamente sobre cómo y por qué interactuarían. La huntingtina tiene muchas funciones, y existe la posibilidad de que su presencia en el núcleo junto con la ATM y los genes de reparación del ADN sea una coincidencia o esté influenciada por la técnica del cromocuerpo.
Sin embargo, un vínculo directo entre la huntingtina y las proteínas de daño del ADN como la ATM es intrigante. Cuanto mejor comprendamos cómo opera la huntingtina normal y con qué socios celulares, antes podremos diseñar fármacos que bloqueen o redirijan la forma mutante. Además, estos hallazgos son especialmente oportunos: la creciente evidencia del campo de la genética humana sugiere que el daño al ADN podría desempeñar un papel en un inicio más temprano de la EH. En resumen, la reparación del ADN es un tema candente en la EH con un potencial terapéutico emocionante, y seguramente habrá experimentos mecanicistas más detallados en el futuro.
