Si tuviera que copiar miles de millones de cartas de una hoja de papel a otra, probablemente cometería algunos errores. Por lo tanto, no sería una sorpresa que cuando el ADN haga una copia de su código genético de tres mil millones de bases, también puede resbalar.
La excusa del ser humano podría ser fatiga o aburrimiento, pero los científicos se han preguntado durante mucho tiempo cómo la maquinaria de replicación casi infalible del ADN comete los errores que comete. Ahora, creen que pueden saber una gran parte de la respuesta.
Los científicos han descubierto que la estructura helicoidal del ADN contiene una especie de temporizador incorporado que determina la frecuencia con la que se producen espontáneamente mutaciones específicas. Muestran que ciertas bases de ADN pueden cambiar de forma durante una milésima de segundo, transformándose transitoriamente enestados alternativos que pueden permitir que la maquinaria de replicación incorpore los pares de bases incorrectos en su doble hélice. Tales desajustes, aunque raros, podrían servir como la base de los cambios genéticos que impulsan la evolución y las enfermedades, incluido el cáncer.
"Aumentar o disminuir las tasas de mutaciones espontáneas podría alterar significativamente la capacidad de un organismo para evolucionar o alterar su susceptibilidad a la enfermedad", dijo Hashim M. Al-Hashimi, Ph.D., autor principal del estudio y James B. Duke Profesor de Bioquímica y Química en la Facultad de Medicina de la Universidad de Duke. "Una pregunta interesante es: ¿Qué determina la tasa de mutación en un organismo vivo", dijo Al-Hashimi. "A partir de ahí, podemos comenzar a comprender las condiciones específicas oestresores ambientales que pueden elevar los errores "
Los hallazgos se publican el 1 de febrero en la revista Naturaleza .
Cada vez que nuestras células se dividen, el ADN dentro de ellas debe replicarse para que cada nueva célula reciba el mismo conjunto de instrucciones. Las máquinas moleculares conocidas como polimerasas hacen estas copias de ADN al reconocer la forma de las combinaciones de pares de bases correctas - G conC y A con T - y agregarlos a cada nueva doble hélice, descartando aquellos que no encajan correctamente. Aunque son buenos en su trabajo, se sabe que las polimerasas se deslizan de vez en cuando, generando un error más o menosuna de cada 10,000 bases. Si no se arreglan, estas se inmortalizan en el genoma como una mutación.
En su artículo histórico de 1953 que describe la estructura icónica de la doble hélice de ADN, Watson y Crick plantearon la hipótesis de que las bases de ADN podrían cambiar su forma para que los pares erróneos pudieran pasar como algo real. Hace unos años, Al-Hashimi ysus colegas utilizaron una técnica sofisticada llamada dispersión de relajación de RMN para capturar estos pequeños movimientos o "fluctuaciones cuánticas", que solo duran un abrir y cerrar de ojos.
El estudio, publicado en una edición de 2015 de Naturaleza , mostró las bases G y T empujando a un lado los átomos en su superficie para que pudieran conectarse como piezas de rompecabezas. Los investigadores encontraron que estos reordenamientos venían en diferentes variedades, llamadas formas "tautoméricas" y "aniónicas", aunque no eraaclare cuáles fueron los responsables de los errores de replicación.
En este estudio, los estudiantes graduados de Duke Isaac Kimsey y Eric Szymanski usaron una versión mejorada de su técnica anterior para examinar la relación entre estas bases de cambio de forma y los errores cometidos por la polimerasa que copia el ADN. Nuevamente, atraparon la G yT se basó en el acto y mostró que su cambio de forma se produjo aproximadamente a la misma velocidad que las polimerasas incorporan desajustes GT.
Junto con sus colaboradores en la Universidad Estatal de Ohio, introdujeron sus datos de RMN en un "modelo cinético" que rastreó los movimientos casi invisibles tomados por los átomos en los desajustes que resultan en errores de replicación. Encontraron que, aunque la alternativa era diferentecada uno contribuyó a errores, las formas tautoméricas dominaron en condiciones normales y las formas aniónicas dominaron en presencia de mutágenos y estrés ambiental.
"En el pasado, sabíamos que las ADN polimerasas cometían errores durante la replicación del ADN, pero no sabíamos cómo lo hacen", dijo Zucai Suo, Ph.D., profesor de química y bioquímica del estado de Ohio. "Ahora, nuestro estudio proporciona unsentido mecanicista de cómo surgen los errores "
Los resultados proporcionan "una validación convincente de los orígenes químicos de las mutaciones propuestas por Watson y Crick en 1953", dijo Myron Goodman, Ph.D., profesor de biología molecular y química en la Universidad del Sur de California, que no participóen el estudio "Es significativo científicamente, y aunque demoró unos 65 años en probarse, también demuestra la locura de apostar contra Watson y Crick".
La representación en el libro de texto de la icónica doble hélice muestra una estructura estática de doble cadena, pero resulta que en raras ocasiones puede transformarse en otras formas que existen durante períodos de tiempo excepcionalmente pequeños ", dijo Al-Hashimi." Aunque algunospodría cuestionar la importancia de tales estados, hay un número cada vez mayor de estudios que demuestran que pueden ser los principales impulsores de la biología y la enfermedad. Dada la dificultad de observar estos fenómenos, hace que se pregunte cuántos estados más están dictando los resultados de la biología.que ni siquiera sabemos "
Uno de los descubrimientos sorprendentes realizados por el equipo fue que la frecuencia con la que las bases cambiaban sus formas variaba con la secuencia de ADN. En uno de sus experimentos, los bioquímicos del estado de Ohio Zucai Suo y Walter Zahurancik esencialmente contaron el número de veces que las polimerasas incorporaronbase incorrecta en el ADN. Descubrieron que los errores no eran uniformes: aparecían con más frecuencia en algunas secuencias que en otras. Por ejemplo, una región con más Gs y Cs podría formar más nervios cuánticos, y posteriormente más mutaciones, que un área queera rico en As y Ts
Las fluctuaciones cuánticas pueden ser responsables no solo de los errores en la replicación, sino también en otros procesos moleculares como la transcripción, la traducción y la reparación del ADN. Por lo tanto, los investigadores planean continuar investigando cómo estos estados alternativos podrían interrumpir el flujo continuo deinformación contenida en nuestro ADN.
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Materiales proporcionados por Universidad de Duke . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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