Investigadores identifican secuencias de ADN que modifican su estructura según el entorno

En 1953 se descubrió la estructura principal del ADN como una doble hélice. Esta biomolécula posee una gran flexibilidad, por lo que es posible encontrar una gran variedad de estructuras diferentes. El ADN cuenta con cuatro bases nitrogenadas, citosina (C), guanina (G), adenina (A) y timina (T); que se ubican en el centro de la estructura en forma de pares de bases. En la doble hélice, los pares de bases se forman G con C y A con T, pero existen casos como el i-motif, también conocido como i-ADN, que posee una formación de pares C:C. Esta estructura se puede dar de manera transitoria en ciertos momentos del ciclo celular, pero su función es desconocida.

Investigadores del IRB Barcelona, liderados por el Dr. Modesto Orozco, en colaboración con la Dra. Nuria Escaja del Departamento de Química Inorgánica y Orgánica de la Universidad de Barcelona y el Dr. Carlos González del Instituto de Química Física Rocasolano (CSIC), lograron caracterizar dos conformaciones distintas de una molécula de ADN dependiente del pH, mediante Resonancia Magnética Nuclear (RMN). Además, se ha descrito esta transición con estudios de dinámica molecular, demostrando que no es necesario el desplegamiento del i-motif para pasar de una conformación a otra. Este es el primer caso descrito de cambio conformacional de i-ADN, y refleja la plasticidad que pueden tener estas estructuras.

La investigación, publicada en The Journal of the American Chemical Society, es la continuación de un trabajo, publicado anteriormente, en el que se describe el comportamiento de unos i-motifs peculiares, que son estables en entornos neutros. En el actual artículo se ha profundizado en el comportamiento de algunas secuencias en entornos con distinta acidez (distinto pH). Estas estructuras se pueden formar de manera transitoria en ciertos momentos del ciclo celular, pero su función no es todavía conocida y es objeto de estudio.

Avance tecnológico en biomedicina

La nanotecnología tiene por objetivo manipular de forma precisa los átomos y moléculas para la fabricación de productos a micro escala. Esta relativamente nueva tecnología tiene un campo de aplicación muy amplio, que incluye diferentes disciplinas de la ciencia tan diversas como la ciencia de superficies, química orgánica, biología molecular, física de los semiconductores, micro fabricación y biomedicina, entre otras.

Este trabajo supone un importante avance en la compresión del ADN pero, sobre todo, de la variante i-ADN. Esta biomolécula y los cambios posibles en su estructura pueden participar en la modulación de los genes y, a la vez, también está implicada en el desarrollo de la nanotecnología. “La existencia de biomoléculas como la descrita en este estudio, que son capaces de modificar su estructura, permiten la obtención de dispositivos tecnológicos a escala nanométrica”, señala el Dr. Israel Serrano, investigador postdoctoral del IRB Barcelona y primer autor del estudio.

Esta investigación fue financiada por el Ministerio de Ciencia e Innovación, the Center of Excellence for HPC H2020 European Commission, BioExcel-2 Centre of Excellence for Computational Biomolecular Research y el Instituto de Salud Carlos III−Instituto Nacional de Bioinformática. En esta investigación ha sido clave la instrumentación del laboratorio “Manuel Rico”, nodo de la red de laboratorio de RMN de biomoléculas, una Infraestructura Científica y Técnica Singular (ICTS).

Artículo relacionado:
pH-Dependent Capping Interactions Induce Large-Scale Structural Transitions in i‐Motifs
Israel Serrano-Chacón, Bartomeu Mir, Lorenzo Cupellini, Francesco Colizzi, Modesto Orozco*, Núria Escaja*, and Carlos González*.
The Journal of the American Chemical Society (2023). DOI: 10.1021/jacs.2c13043