A Un día en la vida del ADN puede ser difícil. Es arrastrado a través de una célula en división, golpeado por la radiación y atacado por productos químicos. Afortunadamente, las células han desarrollado un complejo conjunto de mecanismos de reparación para proteger el ADN vulnerable y reparar el daño de modo que el manual de instrucciones genómico de la célula permanezca intacto. Las células utilizan la recombinación homóloga para volver a unir las roturas de la doble cadena (DSB) y la enzima telomerasa para tapar los extremos expuestos de una cadena de ADN con una secuencia de ADN repetitiva llamada telómero.
Sin embargo, si las células utilizan el mecanismo de reparación incorrecto para una situación determinada, puede ser desastroso. Por ejemplo, si la telomerasa intenta sellar un DSB, puede cortar el cromosoma y provocar que la célula pierda genes clave. “Todo el sistema se desmorona”, dijo Titia de Langebiólogo celular de la Universidad Rockefeller.
Los científicos han observado que esto puede suceder en levadura y maízpero hasta ahora sigue siendo un misterio si ocurrió en humanos.1,2 El equipo de de Lange finalmente ha descubierto cuán raro es este evento catastrófico en humanos y cómo las células lo mantienen bajo control. En un estudio publicado en Cienciarevelaron que mientras la telomerasa ocasionalmente actúa en DSBla ataxia telangiectasia y la proteína relacionada con Rad3 (ATR) generalmente interfieren para darle a la célula la oportunidad de reparar estas roturas.3 Los hallazgos arrojan luz sobre cómo este tipo de inestabilidad genómica podría desempeñar un papel en enfermedades como el cáncer.
Si los telómeros se formaran en DSB, De Lange sospechaba que sería poco frecuente, dadas las pocas telomerasas que hay en cualquier célula y el daño que causarían. “Esperábamos que esto fuera reprimido instantáneamente”, dijo de Lange. “Las células no tolerarían esto”.
Comenzando con células HeLa inmortalizadas con niveles artificialmente altos de telomerasa, los investigadores cortaron el ADN de las células con la enzima Cas9 para crear DSB. Diseñaron cuidadosamente el sistema para apuntar a posiciones en el ADN hacia las que gravita la telomerasa pero que no son fatales para la célula cuando se rompen. Como esperaba De Lange, la telomerasa añadió telómeros en el DSB, pero esto fue muy raro; La telomerasa solo creó aproximadamente cuatro telómeros nuevos por cada 1.000 genomas.
“No sé si es sorprendente que ocurra o si es sorprendente que no ocurra con más frecuencia”, dijo Nausica Arnoult, biólogo celular de la Universidad de Colorado Boulder que no participó en este estudio. “Está muy bien controlado”.
Para descubrir cómo las células bloqueaban la acción de la telomerasa en DSB, el equipo de de Lange inactivó genéticamente muchas enzimas diferentes y vías de reparación para ver si alguna de ellas reprimió la formación de telómeros. Finalmente, descubrieron al guardián genómico: ATR, una proteína que detecta el daño del ADN y desencadena la recombinación homóloga. Cuando inhibieron ATR, la cantidad de nuevos telómeros casi se triplicó.
En el proceso de identificar el papel de ATR, los investigadores tropezaron con otras sorpresas celulares. Por ejemplo, sabían que se necesitaban ciertas proteínas para que la telomerasa interactuara con el ADN, pero reducir los niveles de esas proteínas no parecía bloquear la formación de telómeros en la DSB inducida por Cas9. Rápidamente se dieron cuenta de que la telomerasa podría actuar directamente sobre el tipo de cortes de ADN que realiza Cas9, lo que crea “un pequeño problema en el uso de CRISPR”, dijo de Lange.
Arnoult estuvo de acuerdo. “Especialmente si se considera el uso terapéutico de CRISPR-Cas9, realmente necesitamos entender si hay algunos contextos en los que esa acción equivocada de la telomerasa será más frecuente”, dijo.
A De Lange y su equipo les queda mucho por revelar sobre ATR. Aunque descubrieron que ATR reprime la telomerasa, no saben cómo sucede esto. Arnoult dijo que se pregunta si existen otras vías redundantes que también puedan influir en la formación de los telómeros en DSB en otros contextos. ella señaló otras especies donde los telómeros que se forman en DSB son una parte normal del desarrollo.4,5 “El estudio de esas especies puede darnos pistas sobre cómo pueden hacerlo de manera muy eficiente y por qué se previene en los humanos”, dijo Arnoult.
De Lange también piensa en cómo este proceso podría estar implicado en el cáncer. Los genomas de las células cancerosas están plagados de roturas en el ADN, pero su supervivencia y proliferación depende de que encuentren una manera de estabilizar ese ADN dañado; la actividad inapropiada de la telomerasa puede ser una herramienta a su disposición. El equipo de de Lange está creando células con cromosomas anormales similares a los del cáncer para ver si la telomerasa ayuda a estas células a sobrevivir.
Referencias
1. Kramer KM, Haber JE. Los nuevos telómeros en la levadura se inician con un subconjunto altamente seleccionado de repeticiones TG1-3. Desarrollador de genes. 1993;7(12A):2345-56.
2. McClintock B. La estabilidad de los extremos rotos de los cromosomas en Zea Mays. Genética. 1941;26(2):234-82.
3. Kinzig CG, et al. ATR impide que la telomerasa convierta las roturas del ADN en telómeros. Ciencia. 2024;383(6684):763-770.
4. Yu G, Blackburn EH. Curación de cromosomas programada para el desarrollo por la telomerasa en tetrahymena. Celúla. 1991;67(4):823-32.
5. Müller F, et al. Formación de nuevos telómeros después de una rotura cromosómica regulada por el desarrollo durante el proceso de disminución de la cromatina en ascaris lumbricoides. Celúla. 1991;67(4):815-22.