- Los cuadruplex de ADN, un descubrimiento reciente y una investigación acelerada. ¿Por qué tanto interés en estas estructuras formadas por cuatro hebras de ADN que hemos identificado en más de 700,000 secuencias de nuestro genoma?
Los investigadores sospechaban de la existencia de estas estructuras desde finales de los 80, pero fue a partir de su demostración en 2012 en células humanas (1) cuando comenzamos a comprender mejor dónde, cuándo y cómo se forman en nuestro genoma y cuáles podrían ser sus funciones. Descubrimos que los cuadruplex son capaces de impactar el genoma de varias maneras: actúan como interruptores genéticos controlando la expresión de ciertos genes; también son capaces de obstruir el trabajo de las enzimas que regulan la replicación y transcripción del ADN, perturbando así la estabilidad genómica. Propiedades que interesan especialmente a los biólogos del cáncer: quienes utilizan estos cuadruplex de ADN como blancos para frenar la división incontrolada de células cancerosas dañando su genoma.
Paralelamente, mi equipo de investigación se ha interesado desde 2019 en los cuadruplex, no en células tumorales sino neuronales (2). Observamos, de manera totalmente inesperada, que el número de cuadruplex de ADN en estas células aumenta con la edad, provocando toda una serie de disfunciones. ¿Sería esta una base molecular del envejecimiento? Esto merecía una investigación más profunda pero convencer a los neurobiólogos del posible papel jugado por los cuadruplex de ADN en las células neuronales y en su envejecimiento no fue fácil. En colaboración con el grupo de A. Tsvetkov en Houston (EE. UU.), demostramos que los cuadruplex desempeñan de hecho un papel en este envejecimiento y vamos aún más lejos al proponer que las moléculas que estabilizan los cuadruplex de ADN para frenar la proliferación de células cancerosas también dañan el genoma de las células del sistema nervioso central y aceleran su envejecimiento.
- Hasta ahora, los científicos han buscado estabilizar los cuadruplex de ADN para frenar la proliferación tumoral. ¿Cómo desestabilizarlos de manera que se contrarreste el envejecimiento de las células neuronales?
La situación es de hecho compleja por varias razones. Primero, porque los trabajos llevados a cabo durante los últimos 20 años se han concentrado todos en la estabilización de los cuadruplex por pequeñas moléculas (o ligandos). Cuando iniciamos estos trabajos, no existía ni prototipo de agente desestabilizador validado, ni prueba que permitiera identificarlos. Todo estaba por hacer. Un desafío estratégico adicional venía del hecho de que íbamos a buscar interactuar con los cuadruplex para eliminarlos, lo que implicaba seguir e interpretar la desaparición de la señal que los caracteriza durante nuestras mediciones. Esta desaparición podía ser multifactorial y por lo tanto sujeta a mala interpretación, por lo que nuestro enfoque tenía que ser riguroso y cuidadoso.
En 2021 (3), validamos una serie de pruebas in vitro para identificar pequeñas moléculas capaces de desestabilizar los cuadruplex. Estos trabajos condujeron a la identificación de un prototipo muy prometedor, una molécula llamada PhpC, que recientemente ha sido probada en células humanas. (4) Mediante técnicas específicas de imagen óptica y precipitación por afinidad, hemos podido demostrar que PhpC es efectivamente capaz de disminuir el número de cuadruplex. Aunque los efectos observados son débiles, son significativos. Ahora estamos trabajando para mejorar la eficacia de esta familia de moléculas. Lamentablemente, encontramos dificultades para financiar nuestras investigaciones, que buscan descifrar y comprender el mecanismo de acción de esta nueva clase de compuestos. Quizás porque este enfoque implique un cambio de paradigma...
- ¿Cuáles podrían ser los impactos de su trabajo en el campo de la neurobiología, a corto o largo, e incluso muy largo plazo?
Las aplicaciones e implicaciones de este trabajo son potencialmente enormes. A corto plazo, estas herramientas moleculares (PhpC y sus derivados) pueden encontrar aplicaciones en la investigación fundamental relacionada con todas las enfermedades genéticas que implican un cuadruplex (cánceres, neuropatologías, etc.). A medio plazo, vamos a caracterizar las propiedades de estas moléculas in vivo estudiando su estabilidad (metabolización), biodisponibilidad, capacidad para modular los cuadruplex en modelos animales, etc... A largo o muy largo plazo, esperamos demostrar las propiedades genoprotectoras de estos compuestos, su capacidad para influir en la curva del envejecimiento neuronal y frenar la aparición de enfermedades relacionadas con la edad.
¿Nuestra motivación? La falta de tratamientos efectivos para curar estas patologías. Los agentes utilizados actualmente en clínica actúan de hecho a nivel de los síntomas de estas afecciones pero no tratan sus causas, porque son difíciles de demostrar. Con la identificación del papel de los cuadruplex en estos trastornos neuronales, quizás tengamos una pista terapéutica prometedora cuya validez ahora debe ser verificada. Sabemos que el camino que se abre ante nosotros es largo y sinuoso, pero el desafío social es tal que no podemos dejar de intentarlo.
© David Monchaud
(*) Los cuadruplex de ADN son estructuras inusuales de ácidos nucleicos que se forman transitoriamente en nuestro genoma y participan en eventos clave de la vida celular. Compuestas por 4 hebras de ADN, estas estructuras se utilizan como blancos para intentar controlar la expresión de los genes a los que pertenecen.
Redactor: CCdM
Referencias:
(1) CNRS News (ver: https://bit.ly/2UHpZjP)
(2) Pequeñas moléculas estabilizadoras de cuadruplex revelan una nueva vía de regulación de la autofagia en neuronas, J. F. Moruno-Manchon et al., eLife 2020, 9, e52283 (https://doi.org/10.7554/eLife.52283).
- CNRS (https://bit.ly/39qtgrQ) y Recherche uB (https://bit.ly/2vABBKI)
- Sciences & Avenir (https://bit.ly/2SH2WD2)
- Pour La Science (https://bit.ly/2XpbiBG)
- Radio Television Suisse (https://bit.ly/3byiHoF)
(3) Identificación de pequeñas moléculas disruptoras del ADN cuadruplex, J. Mitteaux et al., J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 12567 (https://doi.org/10.1021/jacs.1c04426)
- CNRS (https://tinyurl.com/3s2pxdny)
(4) PhpC modula los paisajes de cuadruplex-ARN en células humanas, J. Mitteaux et al., Chem. Commun. 2024,60, 424-427.