Una proteína que prepara el ADN para la replicación también evita que el proceso de replicación se salga de control, según un nuevo estudio realizado por investigadores de Weill Cornell Medicine. El trabajo, publicado el 5 de enero en Molecular Cell, resuelve un misterio que ha desconcertado a los biólogos durante mucho tiempo.
Las células de los humanos y todos los demás organismos superiores utilizan un complejo sistema de puntos de control y proteínas de « licencia » para garantizar que repliquen sus genomas con precisión una vez antes de dividirse. En preparación para la división celular, las proteínas licenciantes se adhieren a regiones específicas del ADN, designándolas como orígenes de replicación. Cuando comienza la fase de síntesis de ADN del ciclo celular, la replicación comienza solo en los sitios autorizados y solo se inicia o « dispara » una vez, según el modelo actual.
Sin embargo, a ese modelo le faltaba un punto crucial. « El mismo factor que permite que se produzca esta licencia solo se degrada después de que se activan estos orígenes de replicación », dijo el autor principal, el Dr. Tobias Meyer, profesor Joseph Hinsey de biología celular y del desarrollo en Weill Cornell Medicine. « En principio, la célula podría cargar estas máquinas de licencias en el ADN que ya se ha replicado, por lo que, en lugar de dos copias, se obtienen tres o cuatro copias de ese segmento del ADN, y se espera que estas células pierdan la integridad del genoma y morir o volverse canceroso ».
Descubrir cómo las células evitan ese destino ha sido complicado. « Necesitábamos estudiar eventos en los primeros minutos de la fase de síntesis de ADN del ciclo celular, por lo que es un período muy transitorio », dijo el primer autor Nalin Ratnayeke, estudiante graduado que trabajó en este proyecto tanto en la Universidad de Stanford como en Weill. Cornell Medicine en el laboratorio del Dr. Meyer. El laboratorio se mudó a Weill Cornell Medicine en 2020. Para resolver este difícil problema experimental. capturando las células en replicación en el acto y analizando las actividades de sus factores de licencia y replicación.
El trabajo reveló que un factor de licencia bien conocido, CDT1, no solo otorga licencia a un segmento de ADN para que se convierta en un origen de replicación, sino que también actúa como un freno para la replicación del ADN, impidiendo que funcione una enzima de replicación esencial llamada CMG helicasa. Para comenzar a sintetizar el ADN, las enzimas de la célula primero deben descomponer CDT1. « Los mecanismos propuestos anteriormente para coordinar esta transición de la fase de licencia del ciclo celular a la fase de activación del ciclo celular han dependido de la inhibición de factores de licencia », dijo Ratnayeke, y agregó que « el mecanismo que identificamos aquí es en realidad lo contrario. El factor de licencia CDT1 en sí mismo está impidiendo la progresión de la síntesis de ADN ».
Para confirmar sus resultados, los científicos colaboraron con colegas del Consejo de Investigación Médica en Cambridge, Reino Unido, quienes descubrieron que el mecanismo inhibidor se puede recapitular en un sistema simplificado que reproduce todo el proceso de síntesis de ADN con componentes purificados en un tubo de ensayo. « Eso nos permitió reconstituir todos los componentes para la síntesis de ADN y demostrar que la CDT1 inhibe directamente la helicasa CMG », dijo el Dr. Meyer, quien también es profesor de bioquímica y miembro del Centro de Cáncer Sandra y Edward Meyer en Medicina WeillCornell.
Debido a que las fallas en la licencia de replicación pueden matar células o hacerlas cancerosas, los resultados brindan una nueva comprensión de la salud y la enfermedad de las células. « El trabajo futuro para identificar mecánicamente lo que está sucediendo con la inhibición de Cdt1 brindará una mayor comprensión de la biofísica de cómo funciona la helicasa CMG, y señalará regiones específicas de este complejo que pueden ser atacadas con medicamentos », dijo Ratnayeke.