Un dels aspectes més fonamentals de les cèl·lules és mantenir la integritat del seu genoma o ADN. Protegir la informació continguda en el genoma és essencial per evitar l'anomenada inestabilitat genètica que en organismes pluricel·lulars pot portar a malalties.

Un treball realitzat per investigadors del Departament de Ciències Experimentals i de la Salut (CEXS) de la UPF ha demostrat que la coordinació acurada entre el procés de còpia (duplicació) del genoma i la producció de proteïnes a partir del genoma és clau per mantenir la integritat genòmica en situacions de canvis ambientals. Aquesta descoberta ha permès identificar per primera vegada un sistema de control que regula la duplicació de les cèl·lules en moments canvis ambientals i evita possibles danys en el genoma.

Aquest treball, que es publicarà el diumenge 25 de Novembre a l'edició digital de la revista Nature, significa un important avenç en el camp de la biologia, i l'ha dut a terme el grup de recerca en  Senyalització Cel·lular, que dirigeixen els investigadors Francesc Posas i Eulàlia de Nadal. L'estudi també ha comptat amb la col·laboració d'investigadors del CABIMER (Sevilla).

En el genoma hi ha tota la informació pel correcte funcionament de la cèl·lula

La informació continguda en el genoma serveix per produir les proteïnes, encarregades de fer funcionar les cèl·lules de manera rutinària. La maquinària de transcripció es dedica a copiar fragments de l' ADN (gens) perquè es puguin produir les proteïnes necessàries en cada moment. Davant de canvis ambientals sobtats, la cèl·lula detecta el perill i augmenta considerablement la producció de proteïnes de "defensa" que permeten garantir la seva supervivència.

Aquest procés de vital importància (la generació de proteïnes de defensa) es dona concomitantment amb altres funcions essencials, com ara el cicle de divisió cel·lular. Per tal que una cèl·lula es divideixi i doni lloc a una cèl·lula filla cal que primer es dupliqui el seu material genètic o genoma.

La duplicació del genoma la porta a terme una maquinària de replicació, encarregada de fer una còpia exacta de l'ADN de la cèl·lula. Aquest és un dels pilars en la biologia cel·lular ja que és clau per conservar intacta la informació de la cèl·lula mare a la filla. Protegir el procés de duplicació del genoma és essencial, ja que durant aquest període de temps l'ADN és especialment susceptible a patir alteracions que poden comprometre les funcions cel·lulars, i que alhora seran heretades per la cèl·lula filla.

Un augment en la demanda de la producció de proteïnes quan hi ha canvis en les condicions ambientals al mateix temps que s'està duplicant el genoma és una situació molt compromesa per les cèl·lules. En aquestes circumstàncies, la maquinària de còpia de l'ADN i la maquinària que permet la producció de proteïnes es troben viatjant pel mateix genoma, fet que les exposa a una probable col·lisió entre elles. Una analogia per il·lustrar aquest procés seria el de dues màquines de tren viatjant per una mateixa via (l'ADN) que es troben i xoquen. Quan això passa sobre l'ADN, aquest pateix greus lesions i queda alterat.

En aquest treball es proposa el mecanisme pel qual les cèl·lules poden evitar aquesta col·lisió o xoc de trens. Una única molècula senyalitzadora és capaç de coordinar els dos processos, aturant i protegint el procés de duplicació de l'ADN fins que ja s'han produït les proteïnes necessàries. Un cop atesa la demanda immediata de la cèl·lula, la duplicació pot continuar sense risc de col·lisió.

Aquest és un nou sistema de control que permet mantenir la integritat del genoma en condicions de canvis ambientals

La rellevància d'aquesta troballa, realitzada en organismes unicel·lulars (llevats), obre un nou camí per entendre en un futur pròxim com les cèl·lules del nostre organisme que no coordinen correctament la producció de proteïnes i la duplicació del genoma pateixin canvis en el seu genoma i puguin iniciar un procés de proliferació descontrolada.

La via de control identificada en aquest estudi és especialment important en aquelles cèl·lules més susceptibles als canvis ambientals, on la demanda de proteïnes especialitzades és més alta. Un exemple il·lustratiu serien les cèl·lules de la pell, que estan contínuament exposades a la irradiació solar, a canvis de temperatura, d'humitat, etc. Aquestes cèl·lules necessiten un fre o control addicional per evitar l'aparició d'inestabilitat genòmica, que en organismes multicel·lulars, com l'home, és el principal motor de transformació maligna i aparició de càncer.

La recent identificació d'aquesta via de control obre un nou camí, poc explorat fins ara, per millorar el diagnòstic i pronòstic de possibles tumors que s'originen en qualsevol teixit cel·lular exposat a canvis en els factors ambientals.

Treball de referència:

Alba Duch, Irene Felipe-Abrio, Sonia Barroso, Gilad Yaakov, María García-Rubio, Andrés Aguilera, Eulàlia de Nadal i Francesc Posas (2012), " Coordinated control of replication and transcription by a SAPK protects genomic integrity". Nature, doi: 10.1038/nature11675, 25 de Novembre.