Un nuevo estudio podría explicar por qué el ADN y no el ARN, su primo químico más antiguo, es el principal depósito de información genética. La doble hélice del ADN es una molécula más tolerante que puede contorsionarse en diferentes formas para absorber el daño químico del edificio básicobloques - A, G, C y T - de código genético. Por el contrario, cuando el ARN tiene la forma de una doble hélice, es tan rígido e inflexible que, en lugar de acomodar las bases dañadas, se desmorona por completo.
La investigación, publicada el 1 de agosto de 2016 en la revista Naturaleza, biología estructural y molecular , subraya la naturaleza dinámica de la doble hélice del ADN, que es fundamental para mantener la estabilidad del genoma y evitar enfermedades como el cáncer y el envejecimiento. El hallazgo probablemente reescribirá la cobertura de la diferencia entre los dos proveedores de información genética en los libros de texto,ADN y ARN.
"Hay una increíble complejidad incorporada en estas estructuras hermosas y simples, capas o dimensiones completamente nuevas a las que nos hemos cegado porque no teníamos las herramientas para verlas, hasta ahora", dijo Hashim M. Al-Hashimi,Ph.D., autor principal del estudio y profesor de bioquímica en la Facultad de Medicina de la Universidad de Duke.
La famosa doble hélice del ADN a menudo se representa como una escalera de caracol, con dos largas hebras entrelazadas y escalones compuestos por cuatro bloques de construcción químicos llamados bases. Cada una de estas bases contiene anillos de carbono, junto con varias configuraciones de nitrógeno, oxígeno, e hidrógeno. La disposición de estos átomos permite a G emparejarse con C y A para emparejarse con T, como engranajes entrelazados en una máquina elegante.
Cuando Watson y Crick publicaron su modelo de la doble hélice de ADN en 1953, predijeron exactamente cómo encajarían estos pares. Sin embargo, otros investigadores lucharon por proporcionar evidencia de estos llamados pares de bases Watson-Crick. Luego, en 1959, unEl bioquímico llamado Karst Hoogsteen tomó una fotografía de un par de bases AT que tenía una geometría ligeramente sesgada, con una base girada 180 grados en relación con la otra. Desde entonces, se han observado pares de bases de Watson-Crick y Hoogsteen en imágenes fijas de ADN.
Hace cinco años, Al-Hashimi y su equipo demostraron que los pares de bases se transforman constantemente entre las configuraciones de Watson-Crick y Hoogsteen en la doble hélice de ADN. Al-Hashimi dice que los pares de bases de Hoogsteen generalmente aparecen cuando el ADN está unidoarriba por una proteína o dañada por insultos químicos. El ADN vuelve a su emparejamiento más directo cuando se libera de la proteína o ha reparado el daño a sus bases.
"El ADN parece usar estos pares de bases Hoogsteen para agregar otra dimensión a su estructura, transformándose en diferentes formas para lograr una funcionalidad adicional dentro de la célula", dijo Al-Hashimi.
Al-Hashimi y su equipo querían saber si el mismo fenómeno también podría estar ocurriendo cuando el ARN, el intermediario entre el ADN y las proteínas, formó una doble hélice. Debido a que estos cambios en el emparejamiento de bases implican el movimiento de moléculas a nivel atómico,son difíciles de detectar por métodos convencionales. Por lo tanto, el estudiante graduado de Al-Hashimi Huiqing Zhou usó una técnica de imagen sofisticada conocida como dispersión de relajación de RMN para visualizar estos pequeños cambios. Primero, diseñó dos modelos de doble hélice, una hecha de ADN y otrahecho de ARN. Luego, utilizó la técnica de RMN para rastrear el volteo de las bases individuales G y A que componen los pasos en espiral, emparejándose de acuerdo con las reglas de Watson-Crick o Hoogsteen.
Estudios previos indicaron que en un momento dado, el uno por ciento de las bases en la doble hélice de ADN se estaban transformando en pares de bases Hoogsteen. Pero cuando Zhou observó la doble hélice de ARN correspondiente, no encontró absolutamente ningún movimiento detectable; los pares de bases erantodo congelado en su lugar, atascado en la configuración de Watson-Crick.
Los investigadores se preguntaron si su modelo de ARN era una excepción o anomalía inusual, por lo que diseñaron una amplia gama de moléculas de ARN y las probaron en una amplia variedad de condiciones, pero aún así ninguna parecía contorsionarse en la configuración de Hoogsteen. Les preocupabaque el ARN podría estar formando pares de bases Hoogsteen, pero que estaban sucediendo tan rápido que no pudieron atraparlos en el acto. Zhou agregó un químico conocido como un grupo metilo a un punto específico en las bases para bloquear a Watson- Emparejamiento de la base de Grick, para que el ARN quedara atrapado en la configuración de Hoogsteen. Se sorprendió al descubrir que, en lugar de conectarse a través de pares de bases de Hoogsteen, las dos cadenas de ARN se separaron cerca del sitio del daño.
"En el ADN, esta modificación es una forma de daño, y puede absorberse fácilmente volteando la base y formando un par de bases Hoogsteen. En contraste, la misma modificación altera severamente la estructura helicoidal doble del ARN", dijo Zhou, quienes el autor principal del estudio.
El equipo cree que el ARN no forma pares de bases Hoogsteen porque su estructura helicoidal doble conocida como forma A está más comprimida que la estructura del ADN forma B. Como resultado, el ARN no puede voltear una base singolpear a otro, o sin moverse alrededor de los átomos, lo que destrozaría la hélice.
"Para algo tan fundamental como la doble hélice, es sorprendente que descubramos estas propiedades básicas tan tarde en el juego", dijo Al-Hashimi. "Necesitamos continuar acercándonos para obtener una comprensión más profunda de estos básicosmoléculas de la vida "
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Materiales proporcionado por Universidad de Duke . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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