Resumen (28 de agosto de 2005): Químicos de la Universidad Estatal de Ohio han llegado a nuevas conclusiones acerca de cómo la luz solar afecta al ADN. Y lo que han encontrado echa por tierra las ideas originadas hace décadas sobre la mutación genética.





Basado en un comunicado de prensa de la Universidad Estatal de Ohio

Las bases de ADN se apilan a lo largo de la doble hélice. Los átomos de la columna de fosfato de azúcar se muestran en gris y las porciones de ADN que absorben ultravioletas -- las bases – se muestran en azul o magenta, dependiendo de en qué lado de la cadena de ADN estén localizados. Crédito: Bern Kohler, Universidad Estatal de Ohio.

Químicos de la Universidad Estatal de Ohio han llegado a nuevas conclusiones acerca de cómo la luz solar afecta al ADN. Y lo que han encontrado echa por tierra las ideas originadas hace décadas sobre la mutación genética.

En el último número de la revista Nature, Bern Kohler y sus colegas afirman que el ADN disipa la energía procedente de la radiación ultravioleta (UV) en una especie de ola de energía que viaja subiendo por el borde de la molécula de ADN, como si la energía trepara por un lado de la “escalera” helicoidal de ADN.

El hallazgo explica cómo el daño del ADN ocurre a lo largo del borde de la escalera.

También rechaza lo que los científicos propusieron en los años 60: que los rayos ultravioletas causan mutaciones dañando los vínculos entre los pares de bases, los “peldaños” horizontales de la escalera. El nuevo estudio muestra que la energía de UV se mueve verticalmente, entre bases sucesivas.

En el ADN no dañado no hay vínculos químicos entre las bases amontonadas verticalmente. Pero las bases interactúan electrónicamente, y es por eso que Kohler piensa que forman un conducto eficiente para que la energía de UV fluya a través.

'Incluso aunque los pares de bases estén conectados por vínculos químicos débiles, son las interacciones que tienen lugar sin esos vínculos entre las bases apiladas las que juegan realmente un papel mucho más importante a la hora de disipar la energía de UV' dice Kohler.

El artículo de Nature es fruto del trabajo de hace 5 años, cuando el profesor asociado de química y su equipo descubrieron por vez primera que las bases sencillas de ADN convierten la energía dañina de UV en calor para prevenir el daño solar, de la misma forma que las moléculas de pantalla de sol protegen a los que toman el sol.

Volviendo atrás, estudiaron solo bases sencillas que flotaban en el agua. Golpearon las bases con una especie de luz estroboscópica de UV y vieron que la energía se convertía en calor en menos de una trillonésima parte de segundo.

Sus nuevos experimentos muestran que el comportamiento del ADN completo difiere profundamente del de las bases aisladas. Cuando los químicos aplicaron la luz estroboscópica sobre las cadenas completas de ADN nuevo, la energía de UV también cambió a calor al fin, pero la energía se disipó mil veces más despacio.

Este gráfico muestra con qué rapidez la energía ultravioleta (UV) depositada en los electrones de un núcleo se convierte en calor, que entonces es absorbido por el agua que rodea al núcleo. Aquí el tiempo se mide en femtosegundos, o cuadrillones de segundo. El diagrama en la parte superior derecha de la imagen describe un núcleo particular -- adenosina. Esta molécula consiste en una base que absorbe UV (mostrado en rojo) y un azúcar sencillo (mostrado en gris) que lo ata a la columna del RNA. Esta base también se encuentra en el ADN. Crédito: Universidad Estatal de Ohio.

Eso es una eternidad en el universo del ADN, donde los científicos necesitan usar equipamiento especial solo para ver cómo suceden estas reacciones químicas ultrarrápidas. Todavía el equipo de Kohler no vio evidencia de que el UV afecte a los vínculos químicos entre los pares de bases. En cambio conjeturaron que la energía de UV llevaba la molécula viajando a lo largo de los bordes.

'Esta lenta disipación de la energía es completamente diferente del mecanismo de una sola base que transforma la energía en calor en menos de una trillonésima parte de segundo', dice Kohler.

'Finalmente, la energía se convierte en calor, pero la cuestión es que la energía queda retenida dentro de la molécula durante mucho más tiempo', añade. 'Esto puede causar todo tipo de estragos fotoquímicos.'

Podría ser que cuando los pares de bases se alinean en su estado natural en una cadena de ADN, las interacciones electrónicas a lo largo del montón permiten de forma más sencilla al ADN librarse de la energía UV; esto es comparable al retroceso y avance de la energía entre los pares de bases, como los científicos han pensado previamente.

De hecho fue la brillantez del descubrimiento de la estructura del ADN de James Watson y Francis Crick lo que mantuvo este secreto escondido durante tantos años, dice Kohler. Su trabajo reveló que la hélice de ADN se componía de pares de bases, y que el descubrimiento llevó a los investigadores a centrarse en cómo la energía UV podría interactuar con pares de bases.

'De hecho, se ha prestado tanta atención a los pares de bases que esta otra interacción, el apilamiento de las bases, se ha estado ignorando', dice Kohler.

El apilamiento de las bases se pasa frecuentemente por alto, admite, porque la terminología de la escalera que usamos para describir la estructura del ADN nos hace pensar que hay espacios abiertos entre escalones sucesivos de parejas de bases.

Una analogía mejor sería un puñado de monedas, dice. Las bases se amontonan justo encima unas de otras.

Esto es lo que él y su equipo sospechan que sucede durante la ola de energía de UV: como la luz solar calienta nuestra piel, los fotones de UV son absorbidos por las bases, haciendo que sus electrones vibren. Estas vibraciones de alta energía agitan los átomos de las bases de alrededor, pero solo a lo largo de un borde de la escalera de ADN cada vez.

Si todo va bien, el ADN vuelve a la normalidad después que pase la ola de energía. Pero a veces, los átomos no regresan a sus posiciones originales, y se forman nuevos vínculos químicos.

Los científicos saben que tales vínculos accidentales crean heridas por 'fotolesión' impidiendo que el ADN se duplique adecuadamente. No se entienden completamente los detalles del proceso, pero los estudios sugieren que las fotolesiones causen mutaciones genéticas que produzcan enfermedades como cáncer.

En un eucariota el ADN está encerrado en el núcleo de la célula. Una molécula de ADN está compuesta de dos hebras enrollados en espiral, cada una compuesta de una cadena lineal de azúcar y fosfato. Crédito: MIT

Esta nueva investigación explica por qué la mayoría de fotolesiones se forman entre bases del mismo lado de la hebra de ADN.

Los científicos creen que las proteínas en el cuerpo reparan el ADN borrando las fotolesiones y rellenando nuevo material, usando la hebra restante de ADN de modelo.

Si el daño de UV se limita a un lado o al otro de la doble hélice de ADN, entonces el lado no dañado hace que las proteínas sigan un modelo sencillo. Pero si ambos lados de una hebra estuvieran dañados, entonces el modelo efectivamente se perdería.

El número de la revista Nature subraya las deficiencias de estudios previos, que aplicaban resultados a partir de pares de bases aisladas a la molécula completa de ADN. 'Resulta que no se pueden extrapolar los resultados de pares de bases a las hebras completas de ADN', dice Kohler.

El descubrimiento tiene implicaciones claras para la biología, ya que puede ayudar a explicar el proceso reparador del ADN.

'La capacidad de observar lo que le sucede a la energía electrónica en el ADN en tan poco tiempo también extiende la esperanza de que métodos como los nuestros puedan finamente determinar cómo el ADN está dañado por la luz de UV en primer lugar', dice Kohler.

Los químicos de la Universidad Estatal de Ohio están probando ahora otras cadenas de ADN. Para simplificar, primero querían comparar el comportamiento de bases sencillas de Adenina y Tiamina con cadenas completamente compuestas de esas dos bases. Ese es el trabajo descrito en Nature.