La formación de ADN de cuatro cadenas se ha rastreado en células humanas vivas, lo que permite a los científicos ver cómo funciona y su posible papel en el cáncer.
El ADN generalmente forma la clásica doble hélice descubierta en 1953: dos hebras enrolladas entre sí. Se han formado varias otras estructuras en tubos de ensayo, pero esto no significa necesariamente que se formen dentro de las células vivas.
Estructuras cuádruples de hélice, llamadas DNA G-quadruplexes (G4s), se habían detectado previamente en las células. Sin embargo, la técnica utilizada requería matar las células o usar altas concentraciones de pruebas químicas para visualizar la formación del G4, por lo que su presencia real dentro de las células vivas en condiciones normales no ha sido rastreada, hasta ahora.
Un equipo de investigación de la Universidad de Cambridge, el Imperial College de Londres y la Universidad de Leeds ha inventado un marcador fluorescente que puede unirse a los G4 en las células humanas vivas, lo que les permite ver por primera vez cómo se forma la estructura y qué papel desempeña en las células.
El estudio fue publicado el 20 de julio de 2020 en Nature Chemistry.
Repensar la biología del ADN
Uno de los investigadores principales, el Dr. Marco Di Antonio, quien comenzó el trabajo en la Universidad de Cambridge en el laboratorio del profesor Sir Shankar Balasubramanian y ahora dirige un equipo de investigación en el Departamento de Química en el imperial college, dijo: "Por primera vez, hemos podido demostrar que el ADN de hélice cuádruple existe en nuestras células como una estructura estable creada por procesos celulares normales. Esto nos obliga a repensar la biología del ADN. Es una nueva área de biología fundamental, y podría abrir nuevas vías en el diagnóstico y la terapia de enfermedades como el cáncer.
“Ahora podemos rastrear los G4 en tiempo real en las células, podemos preguntar directamente cuál es su papel biológico. Sabemos que parece ser más frecuente en las células cancerosas y ahora podemos investigar qué papel está jugando y potencialmente cómo bloquearlo, posiblemente ideando nuevas terapias ".
El equipo cree que los G4 se forman en el ADN para mantenerlo abierto temporalmente y facilitar procesos como la transcripción, donde se leen las instrucciones de ADN y se producen las proteínas. Esta es una forma de 'expresión génica', donde se activa parte del código genético en el ADN.
Los G4 parecen estar asociados con mayor frecuencia con genes involucrados en el cáncer, y se detectan en grandes cantidades dentro de las células cancerosas. Con la capacidad de obtener imágenes de un solo G4 a la vez, el equipo dice que podrían seguir su papel dentro de genes específicos y cómo se expresan en el cáncer. Este conocimiento fundamental podría revelar nuevos objetivos para las drogas que interrumpen el proceso.
Formación natural
El gran avance del equipo en su capacidad para obtener imágenes de G4 individuales vino tras un replanteamiento de los mecanismos que generalmente son utilizados para investigar el funcionamiento de las células. Anteriormente, el equipo había usado anticuerpos y moléculas que podían encontrar y unirse a los G4, pero estos necesitaban concentraciones muy altas de la molécula 'sonda'. Esto significaba que las moléculas de la sonda podrían estar alterando el ADN y realmente causando que formen G4, en lugar de detectar su formación natural.
El Dr. Aleks Ponjavic, ahora académico en la Escuela de Física y Astronomía y Ciencia de los Alimentos y Nutrición de la Universidad de Leeds, dirigió conjuntamente la investigación en el laboratorio del profesor Sir David Klenerman y desarrolló el método de visualización del nuevo marcador fluorescente con microscopía.
Él dijo: “Los científicos necesitan sondas especiales para ver moléculas dentro de las células vivas, sin embargo, estas sondas a veces pueden interactuar con el objeto que estamos tratando de ver. Mediante el uso de microscopía de molécula única, podemos observar sondas a concentraciones 1000 veces más bajas que las utilizadas anteriormente. En este caso, nuestra sonda se une al G4 por solo milisegundos sin afectar su estabilidad, lo que nos permite estudiar el comportamiento del G4 en su entorno natural sin influencia externa”.
Para la nueva sonda, el equipo utilizó una molécula fluorescente muy 'brillante' en pequeñas cantidades que fue diseñada para adherirse a los G4 muy fácilmente. Las pequeñas cantidades significaban que no podían esperar obtener imágenes de cada G4 en una célula, sino que podían identificar y rastrear G4 individuales, lo que les permitía comprender su papel biológico fundamental sin perturbar su prevalencia y estabilidad general en la célula.
El equipo pudo demostrar que los G4 parecen formarse y disiparse muy rápidamente, sugiriendo que solo se forman para realizar una determinada función, y que potencialmente si duran demasiado pueden ser tóxicos para los procesos celulares normales.
Fuente: scitechdaily, IMPERIAL COLLEGE LONDON