Ku: PROTEÍNA INTELIGENTE, NIEGA AL AZAR.

UNA MOLÉCULA CON MUCHO JUICIO

Como se ha definido en artículos anteriores, las proteínas son moléculas compuestas de aminoácidos, y controlan la estructura, la función y el ciclo vital de la célula. Generalmente, cada una juega un papel específico en la fisiología y estructura celular, y juntas  gobiernan el desarrollo y la función de cada célula en el cuerpo.

Se producen en los ribosomas, que desempeñan su función de síntesis proteica en el citoplasma, según las instrucciones contenidas en su gen: segmento específico del ADN, que fijará la estructura, el momento y la velocidad a la que se crean. Cada célula tiene sus propias copias de los aproximadamente 100.000 genes que constituyen el cariotipo humano, que se insertan juntos en la molécula de ADN. Esta, durante la división celular, se condensa en estructuras llamadas ‘cromosomas‘. Los genes y los cromosomas se heredan: copias de los padres pasan al niño.

Cuando el gen es orgánicamente normal, la proteína se fabrica en la forma y tiempo correctos, y su labor fisiológica se lleva a cabo adecuadamente. Pero si es afectado por una mutación, la proteína o no se produce o lo hace en una versión anormal que le impide su función especifica. Las secuelas suelen ser malformaciones congénitas, un defecto metabólico o una anormalidad de desarrollo.

Y aquí, entramos en el tema: si un tejido es dañado por un accidente nocivo, demandará la entidad prevista para repararle. Se requerirá soporte nutricional y metabólico, energía/aporte calórico y proteínas que actúen como efectivos mensajeros intercelulares: los obreros esenciales que se ocuparán de la  reestructuración.

Uno de estos ejemplos se aprecia en el complejo DNA-PK2, compuesto por Ku y otros elementos que no entraremos a considerar aquí. La proteína Ku consiste en dos sub-unidades (Ku70-Ku80) que interactúan formando un heterodímero, salvaguarda de  la integridad del genoma. Al unirse a los extremos rotos del ADN, Ku recluta a la sub-unidad catalítica DNA-PKcs, que adquiere actividad de quinasa y fosforila un conjunto de sustratos tales como p53, RNA polimerasa y otros.

Si Ku detecta un ADN dañado, automáticamente inicia un proceso de reparación conocido como ‘unión del extremo no-homólogo‘ (NHEJ, por sus siglas en inglés). Su maravillosa actividad vuelve a unir los extremos cortados de la doble hebra, inclusive cuando esas puntas no resulten  complementarias.

Esta proteína estimula la acción de las ligasas y facilita la unión de extremos rotos, de baja cohesión. Además de su participación en NHEJ, Ku se localiza en los telómeros, donde en estrecha asociación con TRF1 juega un rol esencial en el mantenimiento de la estructura de los mismos; lo que podría estar señalando un punto clave en la encrucijada entre mecanismos de reparación del ADN y metabolismo telomérico.

Investigadores del Instituto Médico Howard Hughes tuvieron el privilegio de lograr las primeras imágenes de una proteína, en el momento que detecta y repara hebras rotas en la molécula de ADN. Puede apreciarse cómo Ku, respondiendo al programa por la que fue diseñada, prácticamente pone en cuarentena al segmento dañado del ADN mientras procede a su restauración, uniendo sus roturas con gran precisión.

Modelo espacial que muestra a Ku unida al ADN. Los dos componentes de Ku están coloreados de rojo (Ku70) y de amarillo (Ku80). El ADN está representado con una hebra gris oscura y una gris clara.

El trabajo se publicó en agosto/2001, en la revista Nature (#9), por los investigadores Jonathan Goldberg, John R. Walker y Richard A. Corpina; todos pertenecientes al ‘Memorial Sloan-Kettering Cancer Center‘, del Instituto Médico Howard Hughes.

Ahora bien, ¿cómo se manifiesta todo este ciclo de rotura/reparación?

En primer lugar, las roturas en la doble hebra de ADN suelen acaecer debido a la exposición a radiaciones ionizantes o a partir de los sucesos programados durante el intercambio necesario de genes, cuando se crean los linfocitos que combatirán las invasiones externas que generan infecciones.

La gestión de Ku en el mantenimiento de la integridad del genoma, se había precisado ya, en exploraciones anteriores a este tema de investigación, en las que, luego de anular a Ku70 y a otros componentes de NHEJ, observaron que la reparación del ADN fallaba, y con frecuencia aparecían mutaciones cromosómicas aberrantes. Es decir, se reforzó la función de Ku ante ADN dañado, pero los detalles sobre cómo esta proteína ‘detecta y repara‘ fueron inconclusos.

Goldberg y su equipo lograron descifrar este enigma. En declaraciones posteriores, el jefe del grupo manifestó:

‘La bioquímica es muy clara, Ku se encuentra en el núcleo, lista para detectar daños en el ADN y para unir los extremos del mismo.’

Pero seguía siendo confuso cómo Ku podía distinguir con tal precisión entre los extremos cortados y el ADN intacto; una operación muy delicada, que Goldberg puntualiza:

‘El unir el ADN dañado parece peligroso, debido a que se puede perder información genética; pero, en realidad, el proceso que ensambla los extremos no-homólogos es muy preciso, y queríamos saber por qué Ku parece resultar vital en esa precisión.‘

Se pensó que si se veía cómo se unía Ku al ADN, se responderían muchas interrogantes sobre la interacción entre esta proteína y el ácido desoxirribonucleico. Así que se pusieron manos a la obra, empleando una técnica conocida como ‘cristalografía de rayos X‘, con el objetivo de poder contemplar ‘in situ‘ el desarrollo de la interactividad entre proteína y molécula afectada.

Se usó la propiedad física de la difracción, fenómeno típico de toda onda: dispersión y curvado aparente de estas cuando topan un obstáculo. En esta técnica radiológica, se cañonean vivamente los cristales de la proteína con haces de rayos X; en cuanto estos chocan con los átomos del cristal, emiten un patrón de difracción, posible de analizar y establecer la estructura tridimensional de la proteína. Los análisis se realizaron en la Fuente Nacional de Luz Sincrotrón, del Laboratorio Nacional de Brookhaven.

Cuando lograron configurar la estructura de Ku, se orientaron hacia la del sistema Ku-ADN, imitando la rotura de la molécula continente de la información codificada, y asegurando que el segmento de ADN a examinar, solo mostrara un extremo accesible. La idea era evitar que Ku se uniera a más de un sitio al mismo tiempo, para tener una visualización más precisa, y esto se logró bloqueando el otro extremo de la cadena.

Así consiguieron ver cómo el heterodímero Ku se movilizó para ‘descubrir‘ el punto roto del ADN, sin afectarle a qué secuencia correspondía. Determinaron entonces que Ku no actúa como un factor transcripcional que se una a una secuencia específica, sino que solo busca reconocer cualquier ADN cortado, en cualquier sitio de la cadena. Se comprobó que Ku es una molécula de forma anular que se mueve hacia el extremo apenas se produce una rotura.

Asombrosamente, se observó que esta proteína forma un anillo que rodea y ‘aísla‘ el área afectada, protegiéndole mientras la ‘sana‘. Las conclusiones de Goldberg, fueron las siguientes:

‘Creemos que las proteínas Ku tienen que mantener juntos los extremos de ADN. El interrogante es cómo sostener el extremo de un pedazo de ADN sin ocultarlo. Encontramos que nuestra proteína tiene una extensa base que alberga al ADN, con un puente muy estrecho que yace sobre la superficie, sosteniendo un costado del ADN casi por completo, pero dejando el otro lado casi totalmente expuesto. Pensamos que esta exposición podría permitir que otros factores de reparación actúen sobre los extremos cortados para repararlos.’

Es decir, otra evidencia de respuesta a un programa complejo y sincrónico, en el que intervienen varios factores, imposibles de haber surgido por azar.

Los científicos piensan que las proteínas Ku en dos extremos cortados, se unen entre sí, manteniendo ambas puntas en la posición que permita ensamblar nuevamente el ADN. En este trabajo, también se concluyó que Ku no hace ningún contacto con las bases de ADN, pero sí con la columna de azúcar de la hebra, lo que implica que a ella no le ‘importa‘ la secuencia a la que se une, sino enmendar cualquier rotura.

Se derivó además la evidencia de que Ku mantiene al ADN en una alineación precisa para permitir una rápida unión bajo el trabajo de las enzimas de reparación.

‘Es lógico que la alineación precisa de los extremos de ADN que realiza la proteína, dé una ventaja a otros factores de reparación y a las ligasas, que son las que en definitiva unen los extremos de ADN‘ – señaló Goldberg.

Posteriormente, este equipo de científicos exploró la estructura de las proteínas Ku, mientras se unían a dos hebras rotas de ADN, para entender el mecanismo por el cual alinean a los extremos con precisión. Pero eso será objeto de otro artículo; en este, una vez más la Ciencia confirma la versión bíblica de diseño inteligente, aunque no esté en condiciones aun de reconocer a Dios como el genial activo en la Creación. Eso, como todas las cosas, será puesto en evidencia en su justo momento.

Mientras tanto, hay que ser objetivos, y pensar que si el azar no es capaz de programar nada, todo este ejemplo de diseño, con las instrucciones inscritas en el ADN de forma codificada, orientando una actividad secuencialmente ordenada y ‘programada‘, resulta imposible lograrlo gracias a casualidades coincidentes, sin inteligencia generadora detrás.

¡La Gloria y la Alabanza a nuestro Señor, que ha puesto todo en nuestras manos para que nos desarrollemos, y en cambio solo ha logrado el odio, la adversión y la rebeldía de muchos!

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