Un estudio revela la máquina molecular que copia el ADN

La replicación del ADN es esencial para toda la vida, pero muchos mecanismos básicos de ese proceso siguen siendo desconocidos, con la estructura del replisoma --un bloque de proteínas responsables de desenrollar la hélice del ADN y luego crear hélices duplicadas para la división celular-- como uno de esos misterios, informa Europa Press.

Un equipo de investigadores de la Universidad Rockefeller, el Laboratorio Nacional de Brookhaven, y Stony Brook University, en Estados Unidos, ha revelado la arquitectura molecular del complejo vital, comprobando que no es como se había esperado.

«Nuestro hallazgo va en contra de décadas de dibujos de libros de texto sobre a lo que la gente pensaba que se parecía el replisoma», dice el director del Laboratorio de Rockefeller e investigador del Instituto Médico Howard Hughes, Michael O’Donnell, Anthony, autor principal del estudio, publicado este lunes en ‘Nature Structural and Molecular Biology’. «Sin embargo, es un tema recurrente en la ciencia que la naturaleza no siempre se activa para trabajar de la manera que se cree que hace», añade.

Las conclusiones se centran en el replisoma encontrado en organismos eucariotas, una categoría que incluye una amplia gama de seres vivos, incluidos los seres humanos y otros organismos multicelulares. O’Donnell y otros expertos han estudiado durante mucho tiempo los replisomas en bacterias unicelulares más simples, pero la versión más compleja cuenta con más de 30 engranajes diferentes, o proteínas, y requiere unos 15 años para obtenerla. A través de estos estudios previos, el laboratorio de O’Donnell ha aprendido cómo ensamblar el replisoma más complejo a partir de sus componentes.

Pero hasta ahora, no había imágenes para mostrar cómo encaja todo junto en el replisoma eucariota. Para conseguirlo, el equipo comenzó construyendo la estructura completa pieza por pieza y examinó su forma bajo microscopio electrónico, un potente dispositivo utilizado para estudiar las estructuras de proteínas, y una especialidad del coautor Huilin Li, biólogo molecular en el Laboratorio Nacional Brookhaven y la Universidad Stony Brook.

Las imágenes capturadas por Li y los miembros de su laboratorio fueron las primeras tomadas de un replisoma completo de cualquier tipo de célula, según los propios investigadores. La hélice de ADN tiene dos cadenas de ADN y cada una se duplica por una polimerasa de ADN separada, una enzima que crea moléculas de ADN mediante el emparejamiento de nucleótidos individuales, las unidades básicas de ADN, con sus parejas correspondientes.

Otra enzima en el replisoma es la helicasa que, como una cremallera, es responsable de la separación del ADN en dos hebras sencillas preparadas para la replicación. Durante años, se pensaba que las dos polimerasas iban detrás de la helicasa, o por debajo de ella, ya que descomprimen las hebras, pero las nuevas imágenes del replisoma mostraron que una polimerasa se posa encima de la helicasa.

Para identificar qué polimerasa estaba sobre la helicasa, el equipo contó con la ayuda de los coautores Yi Shi y Brian Chait, profesores en Rockefeller y jefes del Laboratorio de Espectrometría de Masas, quienes identificaron la polimerasa superior como Pol-e. No se sabe por qué el replisoma eucariota ha desarrollado una estructura de este tipo, pero O’Donnell y sus colegas sospechan que puede tener algo que ver con la evolución de la pluricelularidad.

A medida que la helicasa desabrocha las dos hebras de ADN, se encuentra con los nucleosomas, las partículas que el ADN fuertemente empaqueta para encajarlas en el núcleo de una célula, que deben ser desalojadas y luego distribuidas a una nueva hebra o la otra. Trabajos anteriores han demostrado que Pol-e une los nucleosomas y puede ser que mientras se coloca sobre la helicasa, Pol-e es la encargada de distribuir los nucleosomas a las dos cadenas, sugiere O’Donnell.

«Los cambios en los nucleosomas llevan información epigenética que instruye a diferentes células a convertirse en los diferentes tejidos del cuerpo, como el corazón, el cerebro y otros órganos durante el desarrollo embrionario», dice O’Donnell. «Así que podemos especular con que la interacción de Pol-e con los nucleosomas podría desempeñar un papel en la asignación de diferentes identidades epigenéticas a las dos nuevas células hijas después de la división celular, instruyéndolas para formar diferentes órganos durante el desarrollo de un animal multicelular», añade.

Europa Press