Eficiencia frente a fidelidad en la reparación del ADN

En un nuevo trabajo del grupo publicado en el último número de la revista PNAS, investigadores del Centro de Biología Molecular “Severo Ochoa” describen el paso limitante de la actividad transferasa terminal de la Polµ humana, y cómo su eficiencia está regulada por un residuo específico de arginina (Arg387).

Cuando este residuo es cambiado por el que posee la TdT de forma natural (una lisina) se produce un enorme incremento en la actividad transferasa terminal del enzima, pero una pérdida de fidelidad en reacciones de reparación de roturas de doble cadena.

Este trabajo avala la necesidad de una actividad transferasa terminal de limitada eficiencia para la función biológica de Polµ, para evitar en lo posible las mutaciones asociadas a la reparación de roturas de doble cadena que ocurren de forma esporádica, no programada, en el ADN.

La replicación celular

Cuando una célula de nuestro cuerpo se divide, en su núcleo debe ocurrir un proceso denominado replicación, por el que los genes que contiene se duplican, de forma que cada célula hija tenga su propia copia de los mismos. Por otro lado, cuando el ADN celular es dañado por sustancias químicas, radiación solar, etc., debe ser reparado para que las células puedan sobrevivir.

En estos dos procesos participan las ADN polimerasas, unas enzimas que son capaces de añadir nuevas piezas (nucleótidos) a la cadena de ADN cuando debe ser copiada o restaurada. Así pues, las ADN polimerasas son clave en el mantenimiento de la estabilidad de nuestro genoma, pero también tienen cierta responsabilidad en su variabilidad (debido a errores de copia o mutaciones), ya esté asociada a procesos fisiológicos o patológicos.

Uno de los daños más difíciles de reparar es el que produce la rotura de ambas cadenas del ADN, y que podría llevar a la fragmentación y división asimétrica de nuestros cromosomas. Entre las proteínas humanas implicadas en la reparación de este tipo de roturas hay una ADN polimerasa, denominada Polµ, que fue descubierta hace casi ya diez años en el laboratorio que dirige Luis Blanco del Centro de Biología Molecular “Severo Ochoa” (CSIC-UAM), en Madrid.

Las propiedades de esta enzima están especializadas para favorecer la conexión de ambos extremos de una rotura de doble cadena gracias a la síntesis de un número muy limitado de nucleótidos que actúan de “empalme”, en un paso previo al sellado o ligación.

En función de la secuencia nucleotídica presente a ambos lados del punto de rotura, Polµ es capaz de insertar nucleótidos correctos (complementarios) de forma tan eficiente que no queda huella de la rotura después de su reparación. También es capaz de insertar nucleótidos al azar, de forma menos eficiente mediante su actividad transferasa terminal, lo que produciría un cierto grado de mutagénesis asociada a la acción del enzima.

A lo largo de la evolución, el gen ancestral de Polµ fue duplicado en nuestro genoma, lo que permitió la aparición de otra ADN polimerasa, denominada transferasa terminal o TdT (idéntica a la Polµ en el 42% de su secuencia de aminoácidos).

Sin embargo, en esta enzima la ecuación “eficiencia/fidelidad” fue modificada para dar lugar a un enzima mucho más eficiente en la incorporación de nucleótidos pero con nula fidelidad de copia. Estas características fueron idóneas para que TdT participase en un proceso fisiológico de generación de variabilidad, operando sobre roturas programadas en genes concretos: los receptores de antígeno.

Así, la TdT se asoció a un proceso de recombinación específico, introduciendo mutaciones en el punto de rotura lo que, conjuntamente, contribuye a generar la variabilidad necesaria para crear el repertorio inmunológico primario.