28-Nov-2018 | Historia original de la Universidad de York

La replicación del ADN es vital para todas las formas de vida, pero en algunos organismos se puede dificultar con torsiones en la secuencia de ADN, llamadas "súper bobinas" (supercoils). Si se produjese la acumulación de demasiadas súper bobinas, las células no replicarían su ADN y morirían.

Una máquina molecular, llamada ADN girasa, que se encuentra en las células bacterianas, pero no las células humanas, relaja las torsiones permitiendo que la replicación del ADN continúe normalmente, pero hasta ahora había comprensión limitada de cómo se produce esto en tiempo real en las células vivas.

El proceso es de particular interés para los desarrolladores de drogas, porque si la ADN girasa puede ser interrumpida con éxito, ya que trabaja para relajar las torsiones que ocurren en el ADN de las células bacterianas, estas morirán y la amenaza de infección al huésped sería prevenida.

El equipo de la Universidad de York, en colaboración con el Centro John Innes de Oxford, y la Universidad Adam Mickiewicz de Polonia, utilizaron un microscopio láser especial para iluminar una proteína fluorescente, lo que hace que el ADN girasa brille en amarillo. Esto permitió a los científicos observar en el interior de una célula bacteriana y, por primera vez, observar cómo la maquinaria molecular evita las torsiones en el ADN.

El profesor Mark Leake, de los Departamentos de Biología y Física de la Universidad de York, dijo: “mediante el uso de proteínas fluorescentes modificadas, se puede lograr que la ADN girasa se ilumine de color amarillo, mientras que la maquinaria celular, que se utiliza para replicar el ADN, puede etiquetarse con una proteína rojo diferente que brilla intensamente.”

"La separación de colores, permite dividir en diferentes canales de detección para observar la localización exacta de la ADN girasa, en relación con el punto exacto en el cual la replicación del ADN está ocurriendo en el interior de cada célula bacteriana.”

Los investigadores han descubierto que la ADN girasa centra sus actividades de relajación de los giros justo por delante del punto en el que el ADN se está replicando en una célula.

Dijo el Profesor Leake: “Las máquinas moleculares que realizan la replicación del ADN se desplazan a lo largo del ADN, pero este trabajo puede dar como resultado pequeños giros a nanoescala del ADN que se acumulan frente a la maquinaria de replicación, al igual que los cables enredados en la parte posterior de su televisor.”

“Ahora hemos demostrado que varias decenas de moléculas de DNA girasa se unen activamente a una zona directamente frente a la maquinaria de replicación y relajan las nano-torceduras de ADN más rápido de lo que la propia maquinaria de replicación se mueve a lo largo del ADN”.

“Esencialmente evitan que se construya una barrera de torsión que impida que la maquinaria de replicación se pare a lo largo del ADN, deteniendo la replicación y mate a la célula.”

La ADN girasa es blanco para un variado y amplio número de antibióticos, pero varios organismos se han tornado resistentes a los antibióticos, por lo que la necesidad de entender cómo las células bacterianas funcionan en tiempo real se ha hecho más urgente.

El profesor Leake dice: "Ahora que sabemos cómo la ADN girasa desempeña su papel dentro de bacterias vivas, podemos ayudar en el diseño de nuevos tipos de drogas que puedan detener el trabajo de la ADN girasa, lo que permitirá que las drogas sean más específicas y en última instancia, matar infecciones bacterianas peligrosas para los seres humanos.

"Las células humanas tienen mecanismos similares para resolver las torsiones del ADN, aunque usan diversas máquinas moleculares, y nuestro trabajo sobre la ADN girasa en bacterias nos da perspectivas valiosas en los mecanismos generalizados que gobiernan el funcionamiento de esta clase de biomoléculas, notables en todos los organismos."

Nota:

El material puede haber sido editado en longitud y contenido. Este artículo fue publicado a partir de los materiales proporcionados por la Universidad de York. Para más información, póngase en contacto con la fuente citada.

Referencia:

Single-molecule imaging of DNA gyrase activity in living Escherichia coli

Mathew Stracy; Adam JM Wollman; Elzbieta Kaja Jacek Gapinski; Ji-Eun Lee; Victoria A Leek; Shannon J McKie; Lesley A Mitchenall; Anthony Maxwell; David J Sherrat; Mark C. Leake and Pawel Zawaski.

Nucleic Acids Research, gky1143, Enlace