Primera imagen detallada de una enzima que construye el ADN

Investigadores de la Universidad de Umeå (Suecia) han logrado mostrar por primera vez cómo construye nuevos genomas la enzima ADN polimerasa épsilon. La imagen detallada obtenida por estos investigadores muestra cómo las mutaciones que pueden contribuir al desarrollo de cáncer colorrectal y cáncer de cuello uterino provocan cambios en la estructura de la proteína. Este estudio será publicado en la revista Nature Structural and Molecular Biology.

Los genomas se construyen a partir de pares de largas hebras de ADN. En anteriores colaboraciones con investigadores americanos , científicos de la Universidad de Umeå demostraron que la ADN polimerasa épsilon es una de las tres enzimas que construyen las cadenas de ADN en todos los organismos de nivel superior, de la levadura a los seres humanos.

Cuando se copia el ADN del genoma de un organismo, la ADN polimerasa épsilon es responsable de la construcción de alrededor de la mitad del ADN. Este proceso se produce de forma rápida y con una precisión muy alta para evitar la producción de mutaciones que pueden ser perjudiciales para la célula y para el organismo en su conjunto.

Para entender a nivel molecular cómo la ADN polimerasa épsilon construye nuevo ADN de manera rápida y precisa, los investigadores utilizaron técnicas de cristalografía de rayos X para producir una imagen muy detallada de la proteína atrapada en el acto de la construcción de una nueva pieza de ADN. Descubrieron que la ADN polimerasa épsilon tiene una estructura de proteína única, un dominio que nunca se ha visto en ningún otro tipo de polimerasa. Esto sugiere que la enzima ha desarrollado una manera única de ajustarse al ADN que está copiando sin despegarse y tener que empezar de nuevo.

Los investigadores llevaron a cabo más experimentos para confirmar su nuevo modelo y mostraron que el nuevo dominio (que han denominado P-dominio) es, de hecho, de importancia crucial para la capacidad de la proteína de construir largas cadenas de ADN sin desprenderse. Esta es una propiedad importante de la ADN polimerasa épsilon que le permite desempeñar su función de copiar ADN y la reproducción del genoma mientras la célula se divide.

Relación con el cáncer

El genoma humano ya ha sido mapeado. Hoy en día se están desarrollando grandes estudios internacionales en los que se secuencia el ADN de las células tumorales y de familias con enfermedades hereditarias para ver si hay algunas mutaciones especiales que causan que los tumores se formen o que provocan la transmisión hereditaria de enfermedades.

Como parte de este trabajo, se han descubierto una serie de mutaciones en la ADN polimerasa épsilon que pueden estar directamente relacionadas con el desarrollo de cáncer colorrectal y de cuello uterino.

"La estructura de la polimerasa que hemos descubierto hace posible ver dónde conducen estas mutaciones a cambios en la estructura de la ADN polimerasa épsilon", explica Erik Johansson, profesor en el Departamento de Bioquímica Médica y Biofísica, en la nota de prensa, traducida por AlphaGalileo. "Esto puede ayudarnos a entender por qué una determinada mutación contribuye al desarrollo de un cierto tipo de cáncer".

Referencia bibliográfica:

Matthew Hogg, Pia Osterman, Göran O. Bylund, Rais A. Ganai, Else-Britt Lundström, A. Elisabeth Sauer-Eriksson, y Erik Johansson. Structural basis for processive DNA synthesis by yeast DNA polymerase ε. Nature Structural & Molecular Biology (2013). DOI: 10.1038/nsmb.2712.