A veces, cuando algo se rompe, el primer paso para arreglarlo es romperlo aún más.
En un ejemplo reciente, los científicos que buscan comprender el mecanismo de una enzima que repara el ADN han descubierto que la molécula realiza sus funciones marcando primero y luego rompiendo el ADN dañado. Los sorprendentes hallazgos del equipo sobre la proteína, llamada XPG, han proporcionadoconocimiento muy necesario sobre cómo funciona la reparación del ADN en células sanas, así como sobre cómo las diferentes mutaciones pueden traducirse en diferentes enfermedades y cáncer.
"Vimos que XPG se dirige directamente hacia el ADN discontinuo, lugares donde se han interrumpido los enlaces de hidrógeno entre las bases en cada hebra de la hélice, y luego dobla muy dramáticamente la hebra en esa ubicación exacta, rompiendo la interfaz queconecta bases apiladas una encima de la otra ", dijo Susan Tsutakawa, bióloga estructural en el Área de Biociencias del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley Berkeley Lab y primer autor del trabajo, publicado este mes en PNAS . "La actividad de flexión se suma a un arsenal ya impresionante, ya que XPG se identificó por primera vez como una enzima de corte de ADN, responsable de cortar las bases de nucleótidos con daños por radiación química y UV".
Sin embargo, a pesar de esta habilidad para la destrucción, el equipo señala que XPG se parece más a un maestro escultor que a un equipo de demolición.
"Un hallazgo inesperado de nuestros datos de imágenes es que las partes flexibles de la proteína, que antes eran imposibles de examinar, tienen la capacidad de reconocer las perturbaciones asociadas con muchos tipos diferentes de daño en el ADN", dijo la coautora Priscilla Cooper, un científico bioquímico senior en el área de biociencias. "XPG luego utiliza sus propiedades de escultura para doblar el ADN con el fin de reclutar y cargar en su lugar las proteínas que pueden reparar ese tipo de daño".
Una proteína con muchos trabajos
Aunque el alcance de lo que hace XPG en las células humanas todavía se comprende solo parcialmente, los científicos saben desde hace mucho tiempo que la proteína es esencial para la salud humana al observar los síntomas devastadores que ocurren cuando falta o no funciona normalmente. Síndrome de Cockayne, unLa enfermedad caracterizada por un deterioro neurológico progresivo y finalmente mortal que comienza en la infancia, y la xeroderma pigmentosa, una afección de gravedad variable caracterizada por la extrema sensibilidad solar y un riesgo muy elevado de cáncer de piel, son causadas por mutaciones en el gen que codificaXPG.
Fascinado por sus muchos roles, Tsutakawa, Cooper y John Tainer, director de biología estructural en el Centro de Cáncer MD Anderson de la Universidad de Texas y facultad visitante en el Área de Biociencias, han estado colaborando en estudios de XPG durante 20 años.Trio, y sus muchos colegas, unen su experiencia en biología estructural, imagen molecular, bioquímica y biología celular para que puedan mapear la estructura de la proteína e interpretar cómo su forma tridimensional interactúa con el ADN y otras proteínas.XPG a menudo se une al ADN dañado sin comprometer su actividad de corte de ADN, pero no pudo examinar la proteína con el suficiente detalle como para descubrir lo que realmente hace en estos casos.
Después de pasar muchos años desarrollando tecnología que pudiera alcanzar sus ambiciones, el equipo finalmente pudo construir un modelo preciso del núcleo catalítico de XPG, la región responsable de la actividad de corte de ADN, y producir imágenes de múltiples y grandesestructura general de la molécula de unidad utilizando una trifecta de tecnología de imagen de vanguardia.
Realizaron cristalografía de rayos X en el Laboratorio de Radiación Sincrotrón de Stanford, y dispersión de rayos X de ángulo pequeño SAXS en la línea de luz SIBYLS de la Fuente de Luz Avanzada de Berkeley Lab. SAXS es una técnica que ha evolucionado recientemente para permitir a los científicos analizar moléculas flexiblesse mueven libremente entre sus estados naturales en lugar de conformaciones estáticas o congeladas, como lo requiere la cristalografía.Este enfoque es muy necesario para una proteína como XPG, cuyo núcleo catalítico es solo una cuarta parte de la estructura total y el resto está hecho de altaregiones "desordenadas" flexibles sin forma predeterminada.
Para visualizar el ADN unido a XPG, los científicos reclutaron a Jack Griffith, pionero de la microscopía electrónica de sombreado rotativo en el Centro Integral de Cáncer Lineberger en UNC Chapel Hill. La microscopía electrónica de sombreado giratorio permite la visualización directa de moléculas de ADN individuales con proteínas unidas a ellas, incluyendo cómo fueron doblados por XPG.
"La capacidad de ver las formas de las moléculas de ADN individuales nos dio una pista esencial sobre cómo funciona XPG para identificar y procesar el ADN dañado", dijo Griffith, profesor de bioquímica y biofísica y experto en interacciones proteína-ADN.
La imagen de microscopía electrónica también proporcionó evidencia visual que respalda el sorprendente hallazgo previo de los científicos de que XPG desempeña un papel en la recombinación homóloga, un proceso de reparación del ADN que las células utilizan con frecuencia para reparar peligrosas roturas de doble cadena antes de la replicación. Esto significa que XPG podríaestar en el lugar correcto para ayudar a las proteínas de recombinación homólogas conocidas como BRCA1 y BRCA2, defectos en los cuales se sabe que causan cáncer.
Mientras tanto, la cristalografía realizada en el núcleo catalítico arroja luz sobre cómo las mutaciones heredadas del paciente en el gen para XPG pueden traducirse en disfunción proteica grave y diferentes enfermedades. El equipo realizó y probó proteínas catalíticas centrales que tienen cada una de las 15 mutaciones puntuales conocidas que causanya sea xeroderma pigmentoso o síndrome de Cockayne, y descubrimos que estas sustituciones de aminoácidos individuales pueden desestabilizar la proteína completa, pero en diferentes grados. Las propiedades de la proteína mutante residual determinarán qué resultados de la enfermedad ". Esta estructura nos ayuda a comprender la distinción entre los dosenfermedades ", dijo Cooper," y refuerza cuán compleja es la proteína ".
Vigorizado por la nueva información, el equipo ya comenzó un estudio que analiza el papel de XPG en diferentes tipos de cáncer, así como un estudio estructural de seguimiento de las regiones desordenadas de la proteína para obtener más información sobre sus propiedades de esculpir el ADN.
"Las excelentes fortalezas técnicas y de colaboración de Berkeley Lab y nuestros socios hicieron posible este avance multidisciplinario", señaló Tainer.
"Pero también nos gustaría destacar la contribución de los pacientes y sus familias", agregó Tsutakawa. "Gran parte de lo que hemos descubierto fue posible al elegir compartir sus secuencias de ADN con la comunidad científica".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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