Daño y reparación del ADN

Nuestro ADN es como una biblioteca (que se encuentra en el núcleo de nuestras células) con miles de libros.

Algunos de estos libros, llamados genes, son extremadamente importantes, porque llevan las recetas de cada una de las proteínas que se encuentran en la célula.

A nivel molecular, el ADN está formado por dos hebras de nucleótidos, por lo que cada gen no es más que un segmento de esta secuencia de nucleótidos.

Los nucleótidos del ADN están formados por un azúcar, la desoxirribosa, un fosfato y una de las cuatro bases nucleicas, la adenina, la citosina, la guanina y la timina, o A, C, G y T.

Los nucleótidos de una hebra se emparejan mediante enlaces de hidrógeno con los nucleótidos de la hebra opuesta, para crear la doble hebra de ADN: concretamente, la A se une a la T y la C a la G, por lo que se denominan bases complementarias.

El objetivo del ADN es almacenar información y pasarla a sus células hijas, y utilizar esta información para crear proteínas.

Para ello, hay dos procesos críticos: la replicación del ADN y la expresión de los genes.

La replicación del ADN se produce durante el ciclo celular, más concretamente, durante la fase S de la interfase.

El ciclo celular se compone de la interfase (cuando la célula se prepara para la división) y la mitosis (o la división real de la célula en dos células hijas).

La interfase tiene 3 subfases: G1, S y G2; durante la subfase S, la célula replica su ADN, de modo que las dos células hijas obtienen exactamente el mismo ADN durante la mitosis.

Si nos acercamos a la doble cadena de ADN, podemos ver que durante la replicación del ADN, las dos cadenas de ADN se separan mediante una enzima llamada ADN helicasa.

A continuación, otra enzima, la ADN polimerasa, utiliza cada una de las cadenas simples como molde y le añade nucleótidos complementarios.

La expresión génica, por su parte, es el proceso de descodificación de la información almacenada en el ADN para que la célula fabrique proteínas, e incluye la transcripción y la traducción.

La transcripción consiste en que la ARN polimerasa copia la secuencia de nucleótidos del gen y crea una molécula de ARN mensajero, o ARNm, que tiene la misma secuencia, pero con un retoque: tiene nucleótidos de uracilo (o U) en lugar de timina.

Ahora bien, durante la traducción, unos orgánulos celulares llamados ribosomas "leen" la molécula de ARNm en "palabras" de 3 nucleótidos, denominadas codones, y cada secuencia de 3 nucleótidos codifica un aminoácido que acabará formando parte de la proteína.

Para que la célula siga funcionando, las cadenas de ADN deben permanecer intactas, o al menos casi intactas, para poder transmitir o expresar información genética inalterada.

Por desgracia, la célula está expuesta todo el tiempo a factores tanto endógenos como exógenos o ambientales que pueden dañar el ADN.

Por suerte, si el ADN se daña, la célula puede entrar en una fase especial fuera del ciclo celular (la fase G0) en la que el mecanismo de reparación del ADN intenta arreglar el daño.

Si el daño en el ADN comienza a acumularse, una célula suele seguir uno de tres caminos.

En primer lugar, la célula podría entrar en senescencia, que es cuando la célula deja de dividirse.

En segundo lugar, la célula podría sufrir apoptosis, que es la muerte celular programada.

En tercer lugar, la célula podría empezar a sufrir una división celular descontrolada y convertirse en un tumor.

Ninguna de estas vías es ideal, por lo que es esencial que las células reparen los daños reversibles del ADN y eviten que se produzcan demasiadas mutaciones en el mismo.

En términos generales, puede haber daños en una sola hebra o en las dos, y la célula tiene mecanismos para hacer frente a ambas situaciones.

El daño de una sola hebra puede producirse por causas endógenas (como errores en la replicación del ADN) o por factores exógenos (como agentes químicos o físicos nocivos).

Los daños en una sola hebra se reparan mediante tres mecanismos de reparación: la reparación de errores de emparejamiento, la reparación por escisión de bases y la reparación por escisión de nucleótidos.

Durante la replicación, la ADN polimerasa puede a veces colocar el nucleótido equivocado, como el emparejamiento de la adenina con una citosina en lugar de una timina.

Esto se llama error de emparejamiento, y ocurre unas 60.000 veces por replicación, es decir, 1 de cada 100.000 nucleótidos.

La primera forma de arreglar un error de emparejamiento es justo después de que se produzca, porque la ADN polimerasa es una enzima bastante ingeniosa, y puede mirar por encima del hombro para comprobar si hay errores y ver si ha puesto el nucleótido correcto.

Algo así como revisar una redacción en busca de errores antes de enviarla.

Si la ADN polimerasa encuentra un error de emparejamiento, vuelve a actuar como exonucleasa, es decir, elimina el nucleótido erróneo de la cadena de ADN recién sintetizada y lo sustituye por el nucleótido correcto.

Esto se llama corrección de errores y, aunque sigue dejando algunos errores de emparejamiento, reduce la tasa de error a unas 600 veces por replicación, es decir, 1 de cada 10 millones de nucleótidos.

El siguiente paso es la reparación de los errores de emparejamiento, que depende de unas proteínas especiales, denominadas proteínas MSH, y que corrige los errores restantes después de la replicación.

Cuando las proteínas MSH ven un error de emparejamiento en una cadena recién sintetizada, reclutan una enzima (llamada endonucleasa) que actúa como un par de tijeras y corta los enlaces de nucleótidos de la cadena de ADN.

A continuación, otra enzima (llamada exonucleasa) elimina el segmento de ADN dañado, dejando un hueco en la cadena de ADN hija.

Entonces, la ADN polimerasa puede entrar y rellenar este hueco con nuevos nucleótidos, algo así como cuando tienes que volver a escribir un párrafo de tu redacción si tu supervisor te dice que hay un error.

Y finalmente, una vez que la ADN polimerasa ha terminado de emparejar los nucleótidos correctos, otra enzima, la ADN ligasa, sella los enlaces y el daño se repara con éxito.

Pero incluso la reparación de los errores de emparejamiento deja un número ínfimo de errores, que es de seis errores por división celular, es decir, 1 de cada mil millones de nucleótidos.

Por supuesto, nada comparado con los 60.000 originales.

La reparación por escisión de bases interviene cuando el ADN de la célula sufre daños por la exposición a sustancias químicas nocivas o a factores físicos.