Han pasado más de 50 años desde que James Watson y Francis Crick demostraran que el ADN es una doble hélice de dos hebras que se complementan entre sí. Pero, ¿cómo encuentra un pequeño fragmento de ADN a su pareja entre los millones de 'letras' del genoma? Un nuevo trabajo, llevado a cabo por investigadores de la Universidad de California, en Davis, y publicado en Nature, ha descrito cómo lo lleva a cabo.
Este estudio describe la solución a uno de los más grandes enigmas de la biología, afirma el profesor Wolf-Dietrich Heyer, biólogo molecular en la Universidad de California, en Davis, que estudia la reparación del ADN, pero no participó en esta investigación, ¿cómo puede una doble cadena de ADN encontrar sus combinaciones en un genoma completo de cinco mil millones de pares de bases (en los seres humanos)? Ahora, gracias a este estudio, conocemos el mecanismo fundamental.
Stephen Kowalczykowski, profesor de Microbiología y coautor del estudio, junto con el investigador postdoctoral Anthony Forget, utilizaron una tecnología desarrollada en el laboratorio de Kowalczykowski, en los últimos 20 años, para atrapar trozos de ADN y observar, en tiempo real, como las proteínas implicadas en la copia y la reparación del ADN hacen su trabajo.
El primer paso en la reparación de una pieza dañada de ADN normal de doble cadena se lleva a cabo mediante un proceso llamado recombinación, el cual lo reduce a una sola hebra. Ese ADN monocatenario, a continuación, busca una secuencia complementaria dentro de un cromosoma intacto, y la usa como plantilla para guiar la reparación.
Pero, ¿cómo consigue una cadena de ADN encontrar a su pareja exacta entre millones de posibilidades? En la década de 1970, los científicos descubrieron una proteína, llamada RecA, en las bacterias, y Rad51, en los seres humanos, que se une al ADN de una sola hebra, formando un filamento extenso, y lo guía al lugar correcto en el cromosoma. Los defectos en algunas de las proteínas asociadas con la reparación del ADN están asociados con un mayor riesgo de cáncer, como por ejemplo, BRCA2, el gen del cáncer de mama; por otro lado, los animales con defectos en la Rad51, ni siquiera sobreviven como embriones.
El complejo RecA tiene que toparse con tramos diferentes de ADN, hasta que encuentra el correcto, pero el número de secuencias que debe buscar es enorme. Uno de los modelos que podría seguir RecA, y su cadena de ADN adjunta, es deslizarse a lo largo del ADN intacto de doble cadena hasta llegar al lugar correcto. O bien, si el ADN se encuentra enrollado, el filamento de ADN y RecA podría ser capaz de tocar varios tramos diferentes de ADN, a la vez, y acortar el tiempo de búsqueda.
Forget se propuso poner a prueba estas ideas estirando moléculas individuales de ADN de doble cadena hasta conseguir una forma de pesas. Posteriormente, agregó el RecA montado en una sola cadena de ADN, al ADN con forma de pesas, para observar cómo se unen, tanto cuando el segundo está estirado, como cuando está enrollado. El investigador observó que el complejo RecA se unía de forma más eficiente al ADN cuando éste se encontraba en una forma espiral, más relajada.
La búsqueda de homología es más eficiente cuando la densidad local de ADN es mayor y el filamento de RecA/ADN puede ponerse en contacto con más áreas del ADN, al mismo tiempo, concluye Kowalczykowski.