Los científicos han sabido durante décadas que fumar cigarrillos causa daño al ADN, lo que conduce al cáncer de pulmón. Ahora, por primera vez, los científicos de la Facultad de Medicina de la UNC crearon un método para mapear eficazmente el daño del ADN en alta resolución en todo el genoma.
La innovación proviene del laboratorio del premio Nobel Aziz Sancar, MD, PhD, el Profesor Sarah Graham Kenan de Bioquímica y Biofísica en la Facultad de Medicina de la UNC. En un estudio publicado en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias , Sancar y su equipo desarrollaron una técnica útil para mapear sitios en el genoma que se están reparando después de un tipo común de daño en el ADN. Luego utilizaron esa técnica para mapear todos los daños causados por el principal carcinógeno químico: el benzo [α]pireno.
"Este es un carcinógeno que representa alrededor del 30 por ciento de las muertes por cáncer en los Estados Unidos, y ahora tenemos un mapa de todo el genoma del daño que causa", dijo Sancar.
Mapas como estos ayudarán a los científicos a comprender mejor cómo se originan los cánceres inducidos por el tabaquismo, por qué algunas personas son más vulnerables o resistentes a los cánceres y cómo estos cánceres podrían prevenirse. Sancar también espera que proporcione evidencia tan clara y específica del daño del tabaquismo enel nivel celular podría inducir a algunos fumadores a dejar el hábito. Hay alrededor de 40 millones de fumadores en los Estados Unidos y mil millones en todo el mundo.
"Sería bueno si esto ayudara a crear conciencia sobre lo dañino que puede ser fumar", dijo. "También sería útil para los desarrolladores de medicamentos si supiéramos exactamente cómo se repara el daño del ADN en todo el genoma".
BaP: ¿El principal carcinógeno químico de la Tierra?
El benzo [α] pireno BaP es un miembro de una familia de hidrocarburos simples, resistentes y ricos en carbono hidrocarburos aromáticos policíclicos que pueden formarse incluso en el espacio exterior. Los científicos creen que estas moléculas podrían haber sembrado carbono simple.basada en la vida en la Tierra y otros planetas. Pero para las formas de vida más evolucionadas y complejas basadas en el ADN, como los humanos, por ejemplo, el BaP representa un grave peligro para el medio ambiente. Es un subproducto de la combustión de compuestos orgánicos, como las plantas de tabaco. Formas de combustión cotidianas, desde los incendios forestales hasta los motores diésel y las parrillas de barbacoa, ponen mucho BaP en el aire, el suelo y los alimentos. Pero nada en la vida cotidiana lo entrega al tejido humano de manera más eficiente que fumar un cigarrillo encendido.
Por lo general, cuando un hidrocarburo tóxico ingresa a una persona a través de la respiración o la ingestión, las enzimas de nuestra sangre lo descomponen en moléculas más pequeñas y seguras. Eso también ocurre con el BaP, pero las reacciones protectoras también producen un compuesto llamado benzo [α]epóxido de pireno diol BPDE, que resulta ser peor que el propio BaP.
El BPDE reacciona químicamente con el ADN, formando un vínculo muy estrecho en la nucleobase de la guanina. Este vínculo, o aducto, significa que los genes ya no pueden producir proteínas adecuadas y el ADN no se puede duplicar correctamente durante la división celular. Y si eso sucede, la enfermedad puede ser el resultado.
"Si un aducto de BPDE ocurre en un gen supresor de tumores y no se repara de manera oportuna, puede conducir a una mutación permanente que convierte a una célula en cancerosa", dijo Wentao Li, PhD, investigador postdoctoral y autor principal deel estudio.
No hay duda acerca de la carcinogenicidad básica de la reacción química. Si se aplica una dosis moderada de BaP en la piel de un ratón de laboratorio, es casi seguro que los tumores estallarán. El BaP, a través del BPDE, ha sido reconocido durante mucho tiempo como un promotor de múltiplestipos de cáncer y se considera la causa más importante de cáncer de pulmón.
reparaciones en curso
El nuevo método de Sancar para mapear el daño del ADN inducido por BaP permite a los científicos identificar los sitios en el genoma donde las células están tratando de reparar el daño. Sancar ganó una parte del Premio Nobel de Química 2015 por desentrañar el funcionamiento detallado de esta sustancia bioquímicaproceso de reparación.
Conocido como reparación por escisión de nucleótidos, implica el reclutamiento de proteínas especiales que realizan la cirugía del ADN. Cortan la hebra de ADN afectada. Si todo va bien, las enzimas sintetizadoras de ADN reconstruyen la sección faltante de ADN de otra hebra no afectada.Esto es posible porque todas las formas de vida basadas en células en la Tierra tienen dos hebras complementarias de ADN. Mientras tanto, la sección de ADN dañada y cortada flota libremente hasta que las moléculas de eliminación de basura eventualmente la degradan.
Esos trozos de ADN dañado que flotan libremente pueden ser basura para la célula, pero son oro sólido para un científico que quiere mapear todo el daño en un genoma. Con el nuevo método, los científicos pueden etiquetar y recolectar estos fragmentos desechados, secuenciarlos y luego unir sus secuencias, como pequeñas piezas de un rompecabezas gigante, para crear un mapa del genoma. Al final, los científicos tienen un mapa completo de los sitios donde han comenzado las reparaciones del ADN dañado.
Dado el esfuerzo y los gastos necesarios para la secuenciación del ADN, el mapa inicial de prueba de principio publicado por Sancar, Li y sus colegas no tiene la resolución más alta posible. Pero señala el camino hacia el uso científico rutinario de dichos mapas., especialmente a medida que bajan los costos, para comprender mejor cómo los eventos que dañan el ADN provocan enfermedades y la muerte.
Esta técnica de mapeo debería ayudar a responder varias preguntas, como :
Incluso con su mapa inicial de resolución media, Sancar y sus colegas pudieron demostrar que las reparaciones del daño por BPDE tienden a ocurrir con más frecuencia cuando la guanina G cargada con BPDE está al lado de una citosina C en lugar de una timina.T o adenina A. Esto sugiere que hay "puntos calientes" de mayor riesgo de mutación inducida por BPDE.
"Comprender este sesgo en la reparación debería ayudarnos a comprender mejor por qué la exposición a toxinas como BaP tiende a causar ciertas mutaciones genéticas", dijo Li.
Mirando hacia adelante
En estudios publicados en 2015 y 2016, Sancar y sus colegas utilizaron versiones anteriores de su técnica para mapear otros dos tipos de daño del aducto de ADN: uno provocado por la luz ultravioleta y el otro por el fármaco de quimioterapia común cisplatino. Esos estudios de mapeo requerían unapaso químico adicional eliminar el daño de un fragmento extirpado antes de secuenciarlo porque la enzima de lectura de ADN necesaria para el proceso de secuenciación se atascaría en el aducto. Por el contrario, la nueva técnica emplea enzimas "translesionales" con dimensiones quepermita que siga leyendo una hebra de ADN incluso cuando esté presente un aducto de BPDE voluminoso.
"Este nuevo método se puede aplicar a cualquier tipo de daño del ADN que implique la reparación por escisión de nucleótidos", dijo Sancar.
Sancar, Li y sus colegas ahora están usando la nueva técnica para mapear la reparación del daño del ADN asociado con otras toxinas ambientales. Su próximo proyecto se enfoca en las aflatoxinas, una familia de moléculas producidas por mohos que a menudo se encuentran en nueces y granos mal almacenados. EstosLas toxinas dañan el ADN y son las principales causas de cáncer de hígado en los países en desarrollo.
Los investigadores también están realizando más estudios para descubrir factores que influyen en dónde y si ocurre la reparación del ADN por escisión de nucleótidos. Para hacer eso, necesitan mapear los sitios de daño real en el genoma mismo, no solo los fragmentos dañados que se extirpan durante las reparaciones.
En uno de esos proyectos, han desarrollado un método sensible y de alta resolución para mapear el daño real del ADN causado por la luz ultravioleta. Al combinar ese método con el mapeo de reparación, han descubierto que el daño UV al ADN parece ser esencialmente uniforme,aunque el proceso de reparación no. La reparación parece verse afectada por una serie de factores, incluida la forma en que se copia un tramo determinado de ADN para codificar la producción de proteínas. Actualmente están aplicando este método a BaP para complementar el mapa de reparaciónhan generado.
Eso nuevamente apunta a la probabilidad de puntos críticos donde es menos probable que ocurra la reparación y es más probable que surjan mutaciones.
"Estoy seguro", dijo Sancar, "que toda esta información conducirá a una mejor comprensión de por qué ciertas personas están predispuestas al cáncer y qué mutaciones relacionadas con el tabaquismo conducen específicamente al cáncer de pulmón".
Y eso, a su vez, podría tener implicaciones para el desarrollo de más terapias dirigidas en el futuro.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Cuidado de la salud de la Universidad de Carolina del Norte . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
Referencia de la revista :
cite esta página :