Incluso las células vivas tienen sus propios problemas enredados que resolver. Implican nudos que surgen accidentalmente en el ADN y que pueden comprender su funcionalidad. Los investigadores ahora sugieren que la propensión del ADN a estar superenrollado, como cables telefónicos, previene nudos accidentales. Estas espirales pueden mantener los nudos de ADN bloqueados en su lugar el tiempo suficiente para que sean desatados por enzimas especializadas. El estudio computacional, basado en simulaciones de dinámica molecular de ADN bacteriano, acaba de ser publicado en Investigación de ácidos nucleicos .

Un problema enredado

Superenrollado retorcido, e incluso anudadas, lejos de las elegantes y pulidas imágenes de los libros de texto, Los filamentos de ADN en las células vivas están todos arrugados y enredados, y ser funcional, debe ser desenredado constantemente, Al igual que los cables telefónicos que acumulan molestos rizos o superenrollamientos con un uso descuidado. Los superenrollamientos están presentes en el ADN, también, y se cree que son fundamentales para mantener el ADN compacto y exponer u ocultar información genética a la maquinaria celular que puede procesarla. según Lucia Coronel y Antonio Suma, jóvenes científicos y primeros autores de este estudio, que fue coordinado por Cristian Micheletti.

Al mismo tiempo, Se sabe desde hace mucho tiempo que los nudos pueden formarse accidentalmente en el ADN, con consecuencias negativas para la célula. Lo que había permanecido esquivo hasta ahora era la interacción dinámica o la coexistencia en los mismos filamentos de ADN de nudos complejos y regiones superenrolladas. Y esto es lo que los investigadores del SISSA se propusieron estudiar mediante simulaciones por ordenador, investigar las implicaciones para la estructura del ADN y su cambio en el tiempo, y si tal interacción podría abrir nuevas posibilidades funcionales. También intentaron comprender cómo el comportamiento complejo resultante encaja con lo que ya se sabe sobre el mantenimiento molecular del ADN.

Para este estudio, los científicos utilizaron simulaciones detalladas y extensas de dinámica molecular. Primero notaron que en los anillos de ADN superenrollados, Es probable que los nudos se encuentren en una de dos posiciones:en la punta de las superenrollamientos o en una posición más central. Una inspección más cercana reveló un efecto más sorprendente e inesperado. Coronel y Suma escriben:"Estudiamos el filamento de ADN y notamos que sin superenrollamientos, la región anudada se movería relativamente rápido a lo largo del filamento. Igualmente, las regiones superenrolladas pueden cambiar rápidamente en el ADN libre de nudos. Sin embargo, cuando los nudos y el superenrollamiento están presentes simultáneamente, luego, los puntos de contacto cruciales en los nudos del ADN se bloquean en su lugar, continuamente. Y este efecto inesperado es particularmente interesante porque podría ser clave para una funcionalidad biológica específica e inesperada ".

Los autores escriben, "Sabemos que las células vivas se ocupan habitualmente de los nudos del ADN, y también sabemos que estas formas de entrelazamiento suelen ser perjudiciales para la funcionalidad biológica; por ejemplo, pueden evitar que la información genética se lea y se traduzca en productos proteicos. Enzimas específicas de la familia de las topoisomerasas son responsables de desenredar el ADN. Su modus operandi recuerda lo eficiente, si no drástico, manera en que Alejandro Magno desató el proverbial nudo gordiano con un corte de su espada. Similar, estas enzimas desatan los filamentos de ADN mediante una sofisticada acción de corte y sellado ".

Todavía hay un debate en curso sobre qué mecanismos moleculares pueden guiar estas enzimas, que son diminutos en comparación con la escala típica de filamentos de ADN, para intervenir en los lugares correctos donde su acción de cortar y pegar puede desatar los nudos. Los autores concluyen, "Se ha sugerido que los lugares de destino se reconocen por características geométricas específicas, que es un mecanismo plausible y elegante. Sin embargo, no estaba claro cómo estas características podrían persistir a pesar del incesante movimiento molecular. Nuestro estudio sugiere que el superenrollamiento del ADN puede favorecer la acción de las topoisomerasas al mantener los nudos en una configuración estable durante un período de tiempo mucho más largo que otros reordenamientos moleculares. De este modo, las enzimas podrían tener tiempo suficiente para reconocer los sitios objetivo y, Sucesivamente, su acción de cortar y pegar sería más simple, más confiable y eficiente. Esta es actualmente una hipótesis pero, ya que tiene implicaciones tan interesantes, que esperamos se pueda abordar en experimentos futuros ".