¿Qué es la reparación del ADN y cómo protegen las células la integridad del genoma?

La reparación del ADN comprende el conjunto de procesos mediante los cuales una célula identifica y corrige los daños estructurales sufridos por las moléculas de ADN que conforman su genoma. En los organismos humanos, tanto la actividad metabólica interna como los factores ambientales externos (como la radiación ultravioleta o agentes químicos) generan miles de lesiones moleculares diarias por célula. Si estos daños no se corrigen de manera oportuna, pueden alterar la transcripción génica, bloquear la replicación o inducir mutaciones permanentes.

¿Cuáles son las principales causas de los daños en el ADN celular?

Los daños en las moléculas de ADN se originan tanto por procesos endógenos como por agentes exógenos externos que alteran la química de las bases nitrogenadas o la estabilidad de la doble hélice. Las fuentes endógenas incluyen ataques de especies reactivas del oxígeno derivadas del metabolismo celular normal, mientras que las fuentes exógenas abarcan la radiación ultravioleta del sol, los rayos X, la radiación ionizante, altas temperaturas e hidrocarburos aromáticos presentes en contaminantes ambientales.

¿Cómo distingue una célula entre el daño en el ADN y una mutación permanente?

El daño en el ADN constituye una alteración química anormal en la estructura de la molécula, tales como roturas de cadena o aductos moleculares, las cuales pueden ser reconocidas por proteínas reparadoras y corregidas si existe una cadena complementaria intacta. En contraste, una mutación representa un cambio estable en la secuencia de bases del ADN que ya no presenta anomalías estructurales reconocibles por las enzimas de corrección, por lo que se transmite fielmente durante la división celular.

De qué manera actúan los mecanismos de reparación en lesiones de cadena única?

Cuando solo una de las dos hebras de la doble hélice sufre un defecto, la hebra opuesta intacta sirve como plantilla estructural para guiar la restauración exacta de la información genética. Entre los sistemas principales destacan la reparación directa mediante enzimas específicas como fotoliasas, la reparación por escisión de bases (BER) para nucleótidos oxidados o alquilados, y la reparación por escisión de nucleótidos (NER) encargada de corregir distorsiones helicoidales mayores como los dímeros de pirimidina provocados por la luz ultravioleta.

De qué forma se resuelven las roturas de doble cadena en la molécula de ADN?

Las roturas que afectan simultáneamente a ambas cadenas de la doble hélice representan una amenaza crítica para la estabilidad genómica y se solucionan fundamentalmente a través de dos vías principales: la unión de extremos no homólogos (NHEJ), que une directamente los cabos rotos aunque puede introducir pequeñas deleciones, y la reparación por recombinación homóloga, que utiliza una secuencia idéntica de una cromátida hermana como plantilla para restaurar la continuidad de manera precisa.

¿Qué consecuencias experimenta un organismo ante la acumulación masiva de daños no reparados?

Cuando el volumen de lesiones supera la capacidad de respuesta enzimática o la célula no logra corregir eficazmente los defectos acumulados, se activan mecanismos defensivos drásticos para proteger al organismo pluricelular. Estos mecanismos incluyen la inducción de un estado permanente de senescencia celular, la ejecución de la muerte celular programada o apoptosis para eliminar la amenaza, o bien la aparición de carcinogénesis si la célula dañada sobrevive y prolifera de forma descontrolada.

Sources & Further Reading

Lodish, H., Berk, A., Matsudaira, P., et al. (2004). Molecular Biology of the Cell. 5ª edición. Nueva York: WH Freeman.

Acharya, P. V. (1972). The isolation and partial characterization of age-correlated oligo-deoxyribo-ribonucleotides with covalently linked aspartyl-glutamyl polypeptides. Johns Hopkins Medical Journal. Supplement, (1), 254-260.

Zahradka, K., Slade, D., Bailone, A., et al. (2006). Reassembly of shattered chromosomes in Deinococcus radiodurans. Nature, 443(7111), 569-573.