Descifrando los secretos de la reparación del ADN

Nuestros cuerpos son expertos en cuidar nuestro ADN y están continuamente vigilando cualquier daño que deba repararse para mantenernos sanos. Las partes del ADN que son muy repetitivas, como la secuencia que causa la enfermedad de Huntington (EH), son muy difíciles de cuidar y nuestro cuerpo puede intentar arreglarlas, ¡pero empeorarlas! Esto puede hacer que las secuencias de repetición sean más largas e incluso más tóxicas para nuestras células. En este estudio dirigido por la fundación CHDI, los investigadores analizan en detalle las proteínas responsables de alargar esas secuencias en la EH, para que podamos tener una mejor idea de cómo funcionan y cómo podríamos detenerlas. Echemos un vistazo más de cerca.

La cremallera defectuosa: cómo la reparación del ADN alimenta la EH

El ADN está formado por cuatro letras: A, T, G y C. Las secuencias de estas letras forman las instrucciones para decirle a nuestro cuerpo cómo fabricar todas las diferentes proteínas que necesitamos para funcionar y estar sanos. En la EH, hay un tramo más largo de repeticiones de letras C-A-G en la secuencia del gen de la huntingtina. A lo largo de la vida, el tamaño de estas repeticiones puede aumentar en algunas de las células cerebrales más afectadas por la EH. Este proceso se denomina expansión somática.

Imagina que el ADN de tus células es como la cremallera de una chaqueta, y los dientes de la cremallera son las letras del ADN. Normalmente, la cremallera se mueve suavemente hacia arriba y hacia abajo, pero puede haber zonas débiles donde sea fácil que se forme un bulto o un bucle.

Tienes un sastre que arregla los errores de la cremallera, y la mayoría de las veces es extremadamente útil. Pero en el punto débil de la cremallera, el sastre a veces empeora el problema, y en lugar de aplanar el bulto, añade dientes extra a la cremallera.

Ahora, cada vez que se abre y se cierra la cremallera, el punto débil tiene la posibilidad de hacerse más grande. En la EH, el punto débil es como las repeticiones C-A-G en el ADN de la huntingtina, y el sastre es la maquinaria de reparación del ADN en la célula. Este es un guardián importante del ADN en nuestras células, particularmente para prevenir cambios en nuestra secuencia de ADN, lo que podría causar cáncer. A pesar de esto, las repeticiones largas de C-A-G, como las involucradas en la EH, a veces pueden confundir la respuesta de reparación, haciendo que las repeticiones se hagan aún más largas. Este proceso se llama expansión somática y algunos científicos piensan que esto puede hacer que algunas células cerebrales se enfermen.

Una parte importante del sastre de reparación del ADN involucrado en la expansión son dos proteínas llamadas MSH2 y MSH3. Trabajan juntas como un equipo y se conocen colectivamente como MutSβ (pronunciado mute-ess-behta). El análisis previo del ADN de miles de personas con EH nos ha demostrado que MutSβ puede afectar a la edad en que comienzan los síntomas. Debido a esto, MutSβ se ha convertido en un área emocionante de investigación de la EH, que ha demostrado que impedir que MutSβ actúe sobre la cremallera de ADN dañada podría ayudar a ralentizar la expansión somática y la progresión de la enfermedad.

Los estudios de investigación nos muestran cada vez más que la inhibición de MSH3, o la reducción de la cantidad de MSH3 en el cerebro, puede evitar que las repeticiones de C-A-G se alarguen e incluso puede reducir la longitud de C-A-G, lo que la convierte en un objetivo interesante para nuevas terapias potenciales para la EH.

Echando un vistazo a cómo funcionan las proteínas de reparación de errores de emparejamiento

Para comprender mejor cómo el complejo MutSβ puede empeorar la cremallera del ADN, los autores utilizaron una técnica llamada criomicroscopía electrónica (crio-EM). Esta es una forma de observar la forma y la estructura de las moléculas de proteína, como tomar una instantánea de su aspecto en un momento específico en el tiempo.

Imagina que quieres ver cómo es realmente un copo de nieve. Si lo dejas reposar en tu guante durante demasiado tiempo después de que haya aterrizado, se derretirá o cambiará de forma antes de que puedas ver todos sus intrincados detalles.

La crio-EM funciona como una cámara para pequeños «copos de nieve» biológicos. Las muestras se congelan rápidamente para que la proteína quede atrapada en su forma natural. Se toman muchas instantáneas, que pueden capturar diferentes formas y posiciones que la proteína puede formar. Esto nos ayuda a reconstruir cómo las proteínas cambian de conformación para llevar a cabo su trabajo.

En este estudio, los científicos utilizaron la crio-EM para tomar una foto de MutSβ tanto antes como después de unirse al ADN. Fueron capaces de producir 9 imágenes distintas de MutSβ, incluyendo las siguientes condiciones:

• Cuando no está pegado al ADN
• Cuando está unido a ADN normal sin errores
• Cuando está unido a ADN con ADN no coincidente

Estas imágenes muestran cómo el complejo MutSβ se mueve y cambia de forma cuando detecta errores en el ADN. Normalmente, esto ayuda a la célula a reparar el ADN, pero en el caso de la EH, puede empeorar las cosas.

Los investigadores encontraron que la forma y la posición de MutSβ dependen de si está pegado al ADN, así como de pequeñas moléculas de energía como el ATP. Las moléculas de ATP son como los paquetes de energía de la célula, un poco como el combustible para un motor, que puede mantener todo en funcionamiento. Ambas partes de MutSβ, MSH2 y MSH3, pueden agarrar ATP y usarlo para hacer reparaciones en el ADN.

Las instantáneas de MutSβ de este estudio muestran que comienza con una forma de abrazadera abierta. Esta abrazadera abierta puede agarrarse al ADN y escanearlo, buscando errores en la cremallera del ADN. Cuando se encuentra un error, la abrazadera se cierra de golpe y puede deslizarse a lo largo del ADN, impulsada por el ATP. Esto pone en marcha los siguientes pasos del proceso de reparación. Una vez que su trabajo está hecho, MutSβ utiliza más ATP para quitarse del ADN.

¿Por qué nos importa la estructura de MutSβ?

Al averiguar la forma de MutSβ con el mayor detalle posible, especialmente cuando lleva a cabo su trabajo de reparación del ADN, podemos encontrar bolsillos en la superficie de la proteína a los que un futuro fármaco podría adherirse para detener este proceso. Como buscar la llave correcta que encaje perfectamente en un agujero específico. Si sabemos cómo es la proteína, podemos diseñar perfectamente un fármaco que debería unirse en algún lugar firmemente a la proteína y evitar que funcione. En última instancia, ser capaz de detener o incluso revertir la expansión de la repetición C-A-G podría ser una gran vía terapéutica para la EH, así como para otras enfermedades que también son causadas por la expansión de la repetición, incluyendo varias ataxias espinocerebelosas y la atrofia muscular espinal y bulbar.

Resumen:

• MutSβ (MSH2 + MSH3) es una máquina de reparación del ADN que normalmente ayuda a prevenir las mutaciones que causan el cáncer.
• En la EH, MutSβ a veces puede alargar accidentalmente las repeticiones CAG en el gen HTT, lo que se cree que conduce a la muerte neuronal y a una progresión más rápida de la enfermedad.
• Los nuevos datos sobre la estructura 3D de las proteínas MutSβ y cómo funciona esta máquina molecular ayudarán al diseño de fármacos que puedan inhibir su actividad, previniendo la elongación de las repeticiones CAG.

Saber más

Artículo de investigación original, “Elucidation of multiple high-resolution states of human MutSβ by cryo-EM reveals interplay between ATP/ADP binding and heteroduplex DNA recognition” (acceso abierto).