¿Dónde atacan al ADN las toxinas del tabaco?
En el futuro, esto podría facilitar más que nunca la determinación de la seguridad de muchas sustancias químicas.
Se sabe que las toxinas del humo del tabaco pueden alterar nuestro ADN, pero hasta ahora era un misterio en qué parte exacta del genoma lo hacían. Un nuevo método desarrollado por investigadores de la ETH de Zúrich arroja ahora luz sobre la oscuridad. En el futuro, esto podría facilitar más que nunca la determinación de la seguridad de muchas sustancias químicas.
"Una vez que comprendamos qué sustancias químicas causan qué cambios en el ADN, podremos retroceder también y, para los cambios genómicos conocidos, determinar qué toxinas es más probable que hayan contribuido a ellos", afirma Sturla (imagen simbólica).
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Los compuestos químicos del humo del tabaco alteran el ADN de las células pulmonares de forma que pueden provocar cáncer a largo plazo. Los investigadores de la ETH de Zúrich han podido localizar con precisión estos cambios por primera vez. Sus resultados son claros: el patrón de cambios en el ADN que determinaron en experimentos de cultivo celular coincide con las mutaciones conocidas en el cáncer de pulmón.
Aunque estos resultados no son los primeros que demuestran la relación entre el tabaquismo y el cáncer de pulmón -esta relación causal está establecida desde hace tiempo-, es ahora cuando los científicos dirigidos por Shana Sturla, catedrática de Toxicología de la ETH de Zúrich, han podido utilizar su nuevo método para determinar con exactitud qué componentes del ADN se alteran en el proceso. Con este método, algún día también será posible determinar los efectos de otras toxinas en las células, y hacerlo debería ser relativamente fácil utilizando cultivos celulares y análisis de biología molecular. Hasta ahora, estos estudios toxicológicos debían realizarse con animales de laboratorio.
En su estudio, publicado ahora en la revista ACS Central Science, los investigadores se centraron en un compuesto químico concreto: el benzopireno. Se produce al quemar tabaco. Cuando el compuesto entra en el cuerpo humano, se convierte en metabolitos muy específicos conocidos desde hace tiempo por su toxicidad. Los científicos tomaron estos metabolitos del benzopireno y los añadieron a células pulmonares, que cultivaron en el laboratorio para sus estudios.
Cambios como precursores de mutaciones
Se sabe desde hace tiempo que los metabolitos del benzopireno reaccionan con el bloque constructor del ADN, la guanina (la G entre los bloques constructores a menudo abreviados como A, C, T y G) y lo cambian en un proceso conocido como alquilación. Aunque existen mecanismos de reparación en las células que pueden revertir este cambio, no son eficaces en todos los casos. Si una célula se divide sin revertir primero la alquilación, se produce una mutación del ADN en este lugar, y algunas de estas mutaciones pueden causar cáncer. También se sabe que el efecto cancerígeno del humo de los cigarrillos se debe en gran medida a los metabolitos del benzopireno.
Los investigadores de la ETH Zurich querían determinar qué guaninas del ADN tienden a alterar los metabolitos del benzopireno y, en particular, cuáles de estos cambios persisten a largo plazo. Para ello, utilizaron anticuerpos que se unen específicamente a las guaninas alteradas. Varios métodos ayudaron a los investigadores a cartografiar posteriormente estos lugares. En uno de estos métodos, los científicos copian las cadenas de ADN de forma similar a una reacción PCR. Cada vez que la maquinaria de copia alcanza una guanina alterada, se bloquea y el proceso de copia se detiene. La posterior secuenciación del ADN permite a los investigadores determinar dónde se ha producido esta interrupción y, por tanto, deducir la localización de la alteración del ADN.
Examinar una amplia gama de sustancias químicas
La alquilación de la guanina es sólo una de las innumerables formas en que las toxinas pueden alterar el ADN. Los investigadores planean ahora adaptar su método para poder cartografiar también en el futuro otros cambios en el ADN. Esto tendría varias aplicaciones: Sería posible analizar una amplia gama de compuestos químicos mediante sencillos experimentos de cultivo celular para predecir el riesgo de que provoquen cáncer. Además, sería posible estudiar qué tipos de células y qué predisposiciones genéticas individuales son especialmente susceptibles a los cambios en el ADN y, por tanto, a la degeneración cancerígena.
"Una vez que comprendamos qué sustancias químicas provocan qué cambios en el ADN, podremos ir también hacia atrás y, en el caso de los cambios genómicos conocidos, determinar qué toxinas tienen más probabilidades de haber contribuido a ellos", afirma Sturla.
Además, estas pruebas pueden utilizarse en investigación básica para averiguar cómo se originan las mutaciones características de las células cancerosas. En última instancia, Sturla está pensando en utilizar este método para estudiar no sólo las toxinas químicas, sino también los cambios en el ADN causados por factores ambientales, por la nutrición o por el envejecimiento normal de las células.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Jiang Y, Mingard C, Huber SM, Takhaveev V, McKeague M, Kizaki S, Schneider M, Ziegler N, Hürlimann V, Hoeng J, Sierro N, Ivanov NV, Sturla SJ: Quantification and Mapping of Alkylation in the Human Genome Reveal Single Nucleotide Resolution Precursors of Mutational Signatures. ACS Central Science, 22. März 2023
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