Científicos del CNIO y el Massachusetts General Hospital visualizan la reparación del material genético

Vídeo en el que se observa cómo una de las proteínas descubiertas en este trabajo, RNF166, se dirige a las roturas de ADN. ⁄ Bárbara Martínez-Pastor y Giorgia G. Silveira. CNIO, MGH.

Con ayuda de machine learning aplicado a la microscopía de fluorescencia de alto rendimiento, entre otras técnicas, la investigadora Bárbara Martínez, del Grupo de Metabolismo y Señalización Celular liderado por Alejo Efeyan del Centro Nacional de investigaciones Oncológicas (CNIO), junto con Raul Mostoslavsky y su equipo del Massachussets General Hospital (Boston, EE.UU.), han conseguido visualizar esta maquinaria de reparación del ADN a un detalle nunca antes visto, e identificado nuevas proteínas reparadoras. Estos resultados, diseñados en Boston y desarrollados entre Boston y Madrid y que publican esta semana en la revista Cell Reports, podrían ayudar a desarrollar nuevas terapias contra el cáncer.

Tan pronto se produce un daño en el material genético, por ejemplo, una rotura de la doble cadena del ADN, la célula activa unos mecanismos de respuesta al daño que funcionan como “una llamada de emergencias”, ejemplifica Martínez. Rápidamente, unas proteínas se unen a esta lesión molecular para enviar señales de alarma, que serán reconocidas por otras proteínas especializadas en reparar el daño.

El objetivo de la quimioterapia es justamente matar a las células tumorales induciendo lesiones en el ADN, que provocan el colapso de las células y su muerte. “Conociendo cómo se producen las lesiones en el ADN y cómo se reparan, conoceremos mejor cómo se desarrolla el cáncer y cómo podemos combatirlo. Todo nuevo descubrimiento en la reparación de ADN ayudará a desarrollar mejores terapias contra el cáncer, pero protegiendo nuestras células sanas”, detalla Martínez.

Células humanas con el ADN dañado mediante un rayo láser en el laboratorio. En verde, la proteína clásica de reparación gammaH2AX unida a las roturas generadas por el láser; en rojo, la proteína RNF166 descubierta en este trabajo unida a las roturas del ADN, coincidiendo con gammaH2AX; en azul, el ADN celular. /Bárbara Martínez-Pastor y Giorgia G. Silveira. CNIO, MGH.

Los investigadores han desarrollado una nueva metodología que, con la ayuda de un método de análisis de machine learning diseñado por la Unidad de Confocal del CNIO, ha permitido analizar este proceso con un grado de detalle y precisión nunca antes conseguido. “Hasta la fecha, un factor limitante para el seguimiento en el tiempo de la reparación del ADN era la imposibilidad de analizar la cantidad de datos generados de las imágenes tomadas por el microscopio”. 

Para ello los investigadores han empleado microscopía de fluorescencia de alto rendimiento que ha permitido realizar miles de fotografías de las células después de inducirles un daño genético. En una primera fase, introdujeron más de 300 proteínas diferentes en las células y evaluaron en un solo experimento si interferían en la reparación del ADN a lo largo del tiempo. Esta técnica ha permitido descubrir nueve nuevas proteínas que participan en este proceso de reparación.

Posteriormente, los autores decidieron dar un paso más allá y monitorizaron visualmente las 300 proteínas después de generar el daño genético. Para ello, adaptaron una técnica clásica de microirradiación del ADN -que daña el ADN con ayuda de un láser UV- para poder usarla a gran escala por primera vez.

“Vimos que muchas proteínas se pegaban al ADN dañado y otras hacían justo lo contrario: se alejaban de las lesiones. Que se unan o se despeguen del ADN dañado para dar paso a otras proteínas reparadoras es una característica común de las proteínas reparadoras del ADN. Los dos fenómenos son relevantes”, explica Martínez. 

Entre las proteínas descubiertas está PHF20. Los autores han demostrado que esta proteína se despega de las lesiones segundos después de que se formen para facilitar la unión de 53BP1, una proteína muy importante para la reparación de las roturas. Las células sin PHF20 no pueden reparar correctamente su ADN y son más sensibles a irradiación que las células normales, lo que indica que tiene un papel fundamental en este proceso tan importante para la supervivencia de las células.

Estas nuevas tecnologías ofrecen nuevas oportunidades para estudiar la reparación del ADN y su manipulación. “La ventaja es que son métodos muy versátiles que pueden usarse para descubrir nuevos genes o compuestos químicos que afecten a la reparación del ADN, y que utilizan técnicas directas para visualizar fenómenos intracelulares de reparación evaluando por primera vez cientos de hits en un tiempo récord”, detalla la investigadora.

Este trabajo ha sido financiado por el Ministerio de Ciencia e Innovación, el Instituto de Salud Carlos III, los Institutos Nacionales de Salud de Estados Unidos, el Marie Curie COFUND FP7, el Massachusetts General Hospital, el Consejo Europeo de Investigación y el Consejo de Investigación de Ciencias Naturales e Ingeniería de Canadá.

Artículo de referencia: Assessing kinetics and recruitment of DNA repair factors using high content screens. Martínez-Pastor et al. (Cell Reports, 2021). DOI: 10.1016/j.celrep.2021.110176