Reparación de ADN premio Nobel de química 2015

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El premio Nobel de química de 2015 se ha concedido a tres investigadores que han descifrado los mecanismos de reparación del ADN. ¿El ADN se repara? si. El ADN cuando se copia a veces comete errores. Lo que no se sabía en 1970, cuando estos investigadores estaban trabajando en sus laboratorios, era que las bacterias (y luego se vio que también en animales superiores) eran capaces de corregir esos errores con una serie de enzimas (proteínas) que funcionan igual que los correctores de los editores de texto. Como las proteínas son moléculas basadas en el ADN, los estudios de estos investigadores explicaron el porqué hay personas que con 40 años se mueren de cancer de pulmón y otras personas llegan a los 100 años fumando dos cajetillas diarias de tabaco. Las personas que no tienen esa maquinaria de reparación de ADN funcionando al 100% van a acumular más mutaciones a lo largo de su vida y por ello van a morir de cáncer mucho más jóvenes.

Santiago Carrillo, fumador de dos cajetillas diarias de tabaco murió con 98 años. La razón está en que hay personas que tienen la maquinaria de reparación de ADN en buen estado y Don Santiago debía de ser una de ellas.

El ADN a diario sufre mutaciones por ejemplo cuando una célula se divide en dos células hijas. Al copiar el ADN se puede cometer errores, lo que puede originar una mutación perjudicial. También la exposición al humo de tabaco, la radiación ultravioleta, agentes químicos puede originar que la información del ADN se dañe. Hasta ahí era lo que se sabía en 1970. Cuando Sancar, Modrich y Lindahl descubrieron la maquinaria enzimática de reparación del ADN pudieron explicar que las tasas de mutación del ADN no ocurren por igual en todos los individuos. Aquellos que tienen a su vez mutaciones perjudiciales en los genes que codifican para las enzimas (proteínas) de la maquinaria de reparación no van a poder eliminar los errores de su ADN eficazmente, por tanto, están más expuestos a contraer un cáncer.

Veamos ahora cuales fueron sus contribuciones:

Aziz Sancar investigador en la Universidad de Carolina del Norte. Ha descrito la reparación por escisión de nucleótidos, mecanismo que usan las células para reparar el daño del ADN por rayos UV:

Reparación de ADN por escisión de nucleótidos

Reparación de daños provocados por la radiación ultravioleta

Tomas Lindahl (Estocolmo, 1938), trabaja en el Instituto Francis Crick del Reino Unido. Ha demostrado que la molécula de ADN se desintegra, descubriendo la maquinaria molecular, la reparación por escisión de bases, que evita el colapso del ADN:

En este caso la base alterada es retirada del ADN por un tipo de enzimas denominados glicosidasas. Hay varias y cada una se ocupa de un tipo de modificación (Hipoxantina-ADN glicosidasa, uracil-ADN -glicosidasa, etc.). Cuando estas retiran la base dañada se genera un sitio AP (también se pueden generar sitios AP por otras causas), que resultaría muy mutagénico si se dejase sin reparar, ya que bloquearía la replicación o transcripción del ADN en ese punto, por lo que seguidamente interviene una endonucleasa que retira el resto de ribosa fosfato del sitio AP, dejando un hueco de un nucleótido que es rellenado inmediatamente por la acción de una polimerasa del ADN, por último la hebra es sellada por la ligasa.

Paul Modrich (1946), investigador de la Universidad de Duke (EE.UU). Ha demostrado como la célula corrige los errores que sufre el ADN cuando se divide la célula, reparación de apareamientos erróneos, reduce mil veces la frecuencia de errores:

Reparación mismatch

Los descubrimientos de los mecanismos de reparación de ADN ponen de manifiesto dos tendencias contrapuestas en la evolución de los organismos: la necesidad de mantener la integridad de la información genética y la necesidad de que exista variabilidad en las poblaciones, variabilidad necesaria para que la evolución exista a partir de la selección de aquellos individuos más adaptados al entorno. En procariotas (bacterias) existen mecanismos de reparación de ADN y también mecanismos para compartir ADN de manera horizontal, es decir, entre ellas. Además cuando las poblaciones están en estrés las bacterias bloquean los mecanismos de reparación de ADN para permitir que las poblaciones sean diversas. 

En condiciones normales, de no estrés, las bacterias tienen los mecanismos de reparación de ADN funcionando, evitando en lo posible que sus genomas acumulen mutaciones. Esto es así porque una vez que una bacteria está perfectamente adaptada a un ambiente lo más rentable, en términos de adaptación (fitness reproductiva) es mantenerse en ese estado.

En humanos ocurre lo mismo solo que no podemos intercambiar ADN de manera horizontal. Podemos, eso si, permitir que nuestros hijos no sean una copia nuestra mezclando nuestro genoma con el de nuestra pareja sexual. De esa manera tenemos dos copias de cada gen, uno del padre y otro de la madre. Esto proporciona beneficios evidentes. Por ejemplo, en el caso de la hemofilia, que está originada por un gen dañado, en las mujeres casi no tiene incidencia porque tienen dos copias del gen. El gen de la hemofilia está localizado en el cromosoma X, los hombres sólo tenemos un cromosoma X porque el par cromosómico está formado por XY.

Árbol genealógico familia real de la reina Victoria de Inglaterra. Las mujeres representadas por círculos y los hombres por cuadrados. Los cuadrados negros representan a hombres hemofílicos. Los círculos con un punto en el centro representan a mujeres portadoras del gen defectuoso pero que no sufren hemofilia al tener el otro gen en perfecto estado. En la figura se observa los estragos que supone para los haploides (una sola copia) tener un gen defectuoso frente a los diploides (dos copias).  Fuente