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empezó por la identificación en 1966 de los genes uvrA,
uvrB y uvrC cuyas mutaciones impedían la reparación del
daño genético producido por la radiación UV (17). La
identificación de las correspondientes proteínas fue posible
gracias a la técnica “maxicell” puesta a punto en 1979 por
el galardonado Aziz Sancar (18). Posteriormente, en 1983,
Sancar utilizó las proteínas purificadas UvrA, UvrB y
UvrC para describir las fases esenciales de la NER (19):
las proteínas hidrolizan dos enlaces fosfodiéster en la
hélice dañada del ADN. Las incisiones se producen en
lugares precisos: una, en el octavo enlace fosfodiéster en el de la recombinación, concluyendo finalmente en el modelo
extremo 5` y, otra, en el cuarto o quinto enlace fosfodiéster propuesto en 1964 por Holliday (23) que incluye la
en el extremo 3’, dando lugar a un fragmento escindido de
unos 12 o 13 nucleótidos. Posteriormente, el segmento
escindido es reemplazado por una nueva síntesis de ADN:
es el mecanismo denominado cortar y parchear.
Las células de mamíferos tienen también un sistema de
cortar y parchear análogo al de las bacterias con la
diferencia de que intervienen en el proceso más de quince
proteínas en lugar de las tres del sistema bacteriano.
4. Reparación del apareamiento erróneo (mismatch
repair)
Decíamos antes que la replicación del ADN debe
conservar con exactitud la secuencia de bases en las
moléculas hijas. Por ello la propia ADN polimerasa tiene,
además de la función polimerizante 5’?3’, una función
exonucleasa 3’?5’ -llamada función “correctora de
pruebas”-descrita en 1972 por Arthur Kornberg (20)
(premio Nobel 1959 en Fisiología o Medicina junto a
Severo Ochoa “por su descubrimiento de los mecanismos
en la síntesis biológica de los ácidos ribonucleico y
desorribonucleico”) que repara cualquier apareamiento
erróneo (mismatch repair) que pueda producirse durante la
replicación al incorporar alguna base nitrogenada no
complementaria (recordemos la complementariedad
adenina-timina y guanina-citosina). Sin embargo, se ha
estimado que, a pesar de la función “correctora de
pruebas”, los errores de apareamiento durante la
replicación ocurren con una frecuencia de 5x10-5 por cada
par de bases. Gracias a la existencia de otros mecanismos
de reparación se ha estimado que, por ejemplo en células
germinales humanas, la tasa de mutación por cada par de
bases nitrogenadas desciende hasta un 1x10-8. Como
señala el informe de la academia sueca, el doctor Paul
Modrich “transformó el campo de la reparación del
apareamiento equivocado (mismatch repair) desde las
observaciones genéticas a una comprensión bioquímica
detallada, primero en bacterias y más tarde en células
eucarióticas”.
La historia genética de la “reparación del apareamiento
erróneo (mismatch)” se remonta a los años cincuenta
cuando Lindegren (21) observó en la levadura
Saccharomyces cerevisiae que la segregación meiótica de
un núcleo Aa no segregaba en la proporción 2A:2a sino en
la proporción 3A:1a, dándole el nombre de conversión
génica que había sido propuesto por Winkler en 1930 para
explicar el cambio de un estatus alélico a otro en el
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Juan Ramón Lacadena Calero
heterocigoto Aa ; es decir, A se transforma en a o bien a se
transforma en A (22), contraviniendo el principio
mendeliano de segregación (2ª ley de Mendel) que dice
que “los miembros de una pareja alélica se separan
(segregan) uno de otro sin sufrir modificación alguna
cuando un individuo heterocigoto (Aa) forma las células
germinales o gametos”. Posteriormente el fenómeno de la
conversión génica se relacionó con el proceso molecular
formación de “ADN híbrido” o heterodúplex
(apareamiento erróneo, mismatch) que puede ser corregido
enzimáticamente. Para mí, como profesor universitario, me
llena de satisfacción comprobar que en mis libros de texto
escritos hace ya muchos años se trataban con profundidad
estos temas que la concesión del Premio Nobel 2015 en
Química ha traído a la actualidad (24, 25).
Investigaciones previas llevadas a cabo por diversos
autores habían puesto en evidencia en la década de los
setenta del siglo pasado que
- la reparación de dos o más apareamientos
incorrectos de bases en el heterodúplex se producen
normalmente en la misma cadena de la doble hélice,
permitiendo así la reparación de tramos largos del ADN
(26);
- la maquinaria de reparación era guiada de alguna
manera a la nueva hélice sintetizada por la propia
maquinaria replicativa o bien por la no metilación durante
un cierto tiempo de la nueva hélice en determinadas sedes
(metilación de la adenina en la secuencia GATC) (27);
- la pérdida de la metilasa de ADN aumenta la
frecuencia de mutación en Escherichia coli (28);
- se identificaron los genes (mutH, mutL, mutS, y
uvrD) necesarios para que se realice la corrección del
apareamiento de bases incorrecto dependiente de la
metilación del ADN (29).
Con estos antecedentes, Paul Modrich presentó en
1983 la evidencia directa del mecanismo de reparación
dirigido por la metilación del ADN, demostrando que la
actividad reparadora depende del ATP y del estado de
metilación del heterodúplex y que la mutaciones de los
genes mutH, mutL, mutS y uvrD impiden la reparación del
apareamiento de bases incorrecto en extractos acelulares
de Escherichia coli. Posteriormente, aisló los productos de
los genes implicados en la reparación, identificando las
proteínas correspondientes y analizando sus propiedades
en un sistema in vitro. Finalmente, en 1989 publicó un
trabajo fundamental en el que explica el funcionamiento
del sistema de reparación en un sistema in vitro (30). En
primer lugar demostró el requerimiento de las enzimas
ADNpol III, exonucleasa I y ADN ligasa, combinándolas
con las proteínas MutH, MutL, MutS, UvrD y una proteína
de unión al ADN monocatenario. Todos estos factores
juntos pueden procesar in vivo los errores de apareamiento
de bases actuando sobre la hélice adecuada de ADN
dirigidos por la secuencia GATC hemimetilada (sólo está
metilada la adenina de la hélice molde) que está localizada
a cierta distancia del apareamiento erróneo. El papel de las
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