El ADN dentro de nuestras células está bajo ataque constante. Uno de los daños más peligrosos es una rotura de doble cadena, que ocurre cuando ambas hebras de la doble hélice del ADN se cortan simultáneamente. En condiciones normales, las células sanas confían en sistemas de reparación altamente precisos para corregir este tipo de daño. Sin embargo, cuando estos sistemas precisos fallan, las células pueden recurrir a una opción de emergencia menos fiable. Investigadores de Scripps Research han identificado ahora cuándo y cómo se activa este proceso de reparación de respaldo, y por qué algunas células cancerosas dependen de él para sobrevivir.
Sus hallazgos también sugieren que esta estrategia de supervivencia podría ser utilizada en contra de los tumores que dependen de ella.
Enredos de ARN-ADN que amenazan la estabilidad del genoma
El estudio, publicado en Cell Reports, examinó una proteína involucrada en desenredar el material genético retorcido. Esto incluye estructuras conocidas como R-loops, que son enredos de ARN-ADN que pueden interrumpir la función normal del ADN. Estas estructuras se forman cuando el ARN recién producido no se separa de la hebra de ADN de la que fue copiado, dejando un lado del ADN expuesto y vulnerable.
“Los R-loops son importantes para muchas funciones celulares diferentes, pero deben estar estrictamente controlados”, afirma la autora principal, Xiaohua Wu, profesora de Scripps Research. “Si no se regulan adecuadamente, pueden acumularse a niveles dañinos y causar inestabilidad del genoma”.
El papel de SETX en el cáncer y las enfermedades neurológicas
Los investigadores se centraron en una proteína helicasa, parte de un grupo de motores moleculares que desenrollan el material genético enredado, conocida como senataxina (SETX). Los cambios en el gen SETX ya están relacionados con trastornos neurológicos raros, como la ataxia y una forma de esclerosis lateral amiotrófica (ELA). Las mismas mutaciones también aparecen en ciertos cánceres de útero, piel y mama. Esta conexión planteó una pregunta importante: ¿Cómo hacen frente las células cancerosas al estrés causado por el exceso de R-loops cuando SETX está ausente o defectuoso?
Una crisis celular desencadena una reparación de emergencia
Para encontrar respuestas, el equipo de Wu estudió células que carecían de SETX y que mostraban niveles inusualmente altos de R-loops. Luego observaron lo que sucedió cuando se formaron roturas de doble cadena en estos sitios enredados. Como se esperaba, las células acumularon daños significativos en el ADN. Lo que sorprendió a los investigadores fue la agresividad con la que respondieron las células.
“Nos sorprendió, pero nos entusiasmó descubrir que la célula activa un mecanismo de reparación de ADN de emergencia llamado replicación inducida por rotura (BIR)”, dice Wu.
La replicación inducida por rotura como un sistema de respaldo
En circunstancias normales, BIR ayuda a rescatar las horquillas de replicación del ADN estancadas. También puede actuar como una opción de reparación de respaldo para las roturas de doble cadena. En lugar de realizar pequeñas correcciones precisas, BIR copia largos tramos de ADN para reconectar las piezas rotas. Esta copia rápida y extensa permite a las células sobrevivir a daños graves, pero tiene un costo.
“Es como un equipo de reparación de emergencia que trabaja intensamente pero comete más errores”, explica Wu.
Los investigadores descubrieron que sin SETX, los R-loops se acumulan directamente en los sitios de las roturas de ADN. Esta acumulación interfiere con las señales de reparación habituales de la célula. Como resultado, los extremos del ADN roto se recortan excesivamente, exponiendo largas secciones de ADN monocatenario. Estas regiones expuestas atraen la maquinaria BIR, incluido PIF1, una helicasa que es esencial para el funcionamiento de BIR. Juntos, el ADN expuesto y PIF1 actúan como un desencadenante que inicia el proceso de reparación BIR.
Una ventaja de supervivencia que crea una debilidad
Aunque BIR es propenso a errores, permite a las células deficientes en SETX sobrevivir. Con el tiempo, sin embargo, estas células se vuelven dependientes de BIR para reparar el daño del ADN. Si esta vía de reparación se bloquea, las células pierden su capacidad para reparar las roturas de doble cadena y mueren. Este tipo de vulnerabilidad se conoce como letalidad sintética, un principio ya utilizado en varios tratamientos contra el cáncer dirigidos.
El equipo de Wu descubrió que las células deficientes en SETX dependen especialmente de tres proteínas relacionadas con BIR: PIF1, RAD52 y XPF.
“Lo importante es que estas no son esenciales en las células normales, lo que significa que podríamos matar selectivamente los tumores deficientes en SETX”, dice Wu.
De descubrimiento a posible terapia
Si bien los hallazgos apuntan a una estrategia prometedora, Wu advierte que las aplicaciones clínicas tomarán tiempo.
“Estamos explorando ahora formas de inhibir estos factores BIR, tratando de encontrar aquellos con la actividad correcta y baja toxicidad”, añade.
El equipo también está investigando qué cánceres acumulan los niveles más altos de R-loops y en qué condiciones. Identificar los tumores con más probabilidades de responder a las terapias dirigidas a BIR será el siguiente paso clave.
Aunque la deficiencia de SETX en sí misma es relativamente rara, muchos cánceres acumulan R-loops a través de otras vías, incluida la activación de oncogenes o la señalización hormonal, como el estrógeno en ciertos cánceres de mama. Esto significa que el enfoque podría ser relevante para un rango mucho más amplio de tumores, no solo aquellos con mutaciones en SETX.
Además de Wu, los autores del estudio “Break-induced replication is activated to repair R-loop-associated double-strand breaks in SETX-deficient cells” incluyen a Tong Wu, Youhang Li, Yuqin Zhao y Sameer Bikram Shah de Scripps Research; y Linda Z. Shi de la Universidad de California en San Diego.
Este trabajo fue apoyado por los Institutos Nacionales de la Salud (subvenciones GM141868, CA294646, CA244912 y CA187052).
