Entendiendo los mecanismos de las proteínas de reparación del ADN

La replicación del ADN ocurre en una fase llamada fase S, y es muy importante para mantener nuestros genes estables. A veces, las cosas pueden salir mal durante este proceso de replicación, como daño al ADN o una escasez de los bloques de construcción necesarios para crear ADN. Cuando esto pasa, podemos terminar con ADN de cadena simple adicional. Esto puede llevar a estrés de replicación, que es un gran problema para las células cancerosas.

#El desafío de las bifurcaciones de replicación detenidas

Cuando la replicación del ADN se interrumpe, puede causar problemas graves como rupturas de doble cadena, lo que puede provocar mutaciones y impulsar la progresión del cáncer. Para prevenir esto, nuestras células tienen varios mecanismos que ayudan a proteger y recuperar las bifurcaciones de replicación detenidas. Las proteínas juegan un papel clave en este proceso. Dos importantes son BRCA1 y BRCA2, que ayudan a proteger las nuevas hebras de ADN de ser destruidas por otra proteína llamada MRE11.

Recientemente, investigadores identificaron CtIP como otra proteína importante que ayuda a proteger las bifurcaciones de replicación de la degradación por DNA2, otra enzima nucleica. CtIP generalmente ayuda en otro proceso también: reseccionar los extremos del ADN cuando hay rupturas de doble cadena. Sin embargo, también está involucrado en mantener la integridad de las bifurcaciones detenidas.

#El papel de PIN1

Hay una proteína llamada PIN1 que actúa como un interruptor, ayudando a regular varios procesos celulares al cambiar la estructura de ciertas proteínas cuando son fosforiladas. La actividad anormal de PIN1 está vinculada a muchas enfermedades, incluido el cáncer. Los investigadores han encontrado que PIN1 interactúa con varias proteínas críticas involucradas en la respuesta celular al daño del ADN, incluyendo BRCA1 y CtIP.

PIN1 tiene lugares específicos donde se une a las proteínas fosforiladas, y puede cambiar su forma. Este cambio de forma es muy importante para regular cuánto tiempo duran esas proteínas en la célula. Trabajos anteriores mostraron que durante la fase S y la fase G2 del ciclo celular, una proteína llamada CDK2 ayuda a añadir un grupo fosfato a CtIP, permitiendo que PIN1 lo reconozca y se una a él.

Sin embargo, los investigadores no estaban seguros de qué quinasa añade el grupo fosfato a otro sitio en CtIP, llamado S276. Algunas investigaciones sugirieron que una proteína activada por estrés llamada p38 MAPK podría ser responsable de fosforilar CtIP en S276, especialmente cuando las células experimentan daño en el ADN.

#Investigando la isomerización de CtIP

Para aprender más sobre cómo CtIP protege las bifurcaciones detenidas, los investigadores diseñaron experimentos para estudiar varias mutaciones de CtIP. Trataron a las células con hidroxiurea (HU), un fármaco que detiene las bifurcaciones de replicación, y observaron cómo estas mutaciones afectaban la estabilidad de la bifurcación. Descubrieron que ciertos mutantes de CtIP, que no podían unirse a PIN1 o pasar por isomerización, no podían restaurar la estabilidad de la bifurcación.

Curiosamente, cuando las células tenían su actividad de DNA2 temporalmente apagada, o cuando se removía una específica translocasa de ADN, el daño a las bifurcaciones detenidas disminuyó para las células que expresaban mutantes de CtIP defectuosos en isomerización. Esto sugirió que PIN1 y su interacción con CtIP eran cruciales para mantener estables las bifurcaciones bajo estrés.

#Isomerización como un proceso clave

Para probar directamente si el cambio de forma en CtIP en el sitio pS276-P277 es vital para proteger las bifurcaciones de replicación, los investigadores crearon mutantes de CtIP "trans-lockeados". Estos mutantes fueron diseñados de tal manera que no podían volver a la forma original después de la fosforilación. Descubrieron que forzar a estos mutantes a un cierto estado aún podía proteger las bifurcaciones, lo que sugiere que el cambio de forma no se trata solo de cómo CtIP se une a otras proteínas, sino también de cómo ayuda a preservar las bifurcaciones de replicación.

#La conexión entre PIN1 y la protección de bifurcaciones

Para confirmar más acerca de lo importante que es la isomerización mediada por PIN1 de CtIP para proteger las bifurcaciones detenidas, los investigadores usaron KPT-6566, un inhibidor específico de PIN1. Vieron que cuando inhibieron PIN1, las bifurcaciones comenzaron a degradarse. Sin embargo, si también inhibieron las actividades de MRE11 o DNA2 al mismo tiempo, la estabilidad de las bifurcaciones regresó.

Los investigadores luego volvieron a mirar los mutantes de CtIP y encontraron que las variantes "trans-lockeadas" restauraron parcialmente la estabilidad de las bifurcaciones cuando PIN1 fue inhibido. Concluyeron que tanto CtIP como BRCA1 desempeñan roles importantes pero distintos en la protección de las bifurcaciones de replicación, y que PIN1 es un jugador principal que coordina estos procesos.

#El papel de p38α en la respuesta al estrés

Se descubrió que la quinasa p38α era otro jugador importante en este proceso. Puede activarse en condiciones de estrés y fosforilar CtIP en el sitio S276, que es crucial para su interacción con PIN1. Los investigadores confirmaron que cuando se trató a las células con un inhibidor de p38α, la protección de las bifurcaciones detenidas se comprometió. Esto indicó que p38α y PIN1 actuaron juntos para mantener las bifurcaciones estables.

También observaron que los niveles de fosforilación de CtIP aumentaron después del tratamiento con HU, mostrando que la respuesta al estrés activa esta vía. Cuando se inhibió p38α, ocurrió menos fosforilación, lo que llevó a una disminución de la interacción de PIN1 con CtIP.

#Carga de CtIP en bifurcaciones de replicación detenidas

Una vez que los investigadores establecieron que PIN1 y p38α son vitales para la isomerización de CtIP y la posterior protección de bifurcaciones, examinaron cómo estos cambios afectan la carga de CtIP en las bifurcaciones detenidas. Usando un ensayo específico, detectaron cuánto CtIP se acumuló en estas bifurcaciones después del tratamiento con HU. Descubrieron que si se inhibía PIN1 o p38α antes de aplicar el estrés, la carga de CtIP se reducía significativamente, mostrando que ambos proteínas son necesarias para el enriquecimiento de CtIP en las bifurcaciones detenidas.

#Superando la quimiorresistencia

La investigación no se detuvo ahí; los científicos miraron cómo estos procesos podrían afectar el tratamiento del cáncer, particularmente en casos donde los tumores se vuelven resistentes a ciertas terapias. Por ejemplo, en tumores mamarios que carecen de BRCA1 funcional, se observó que la downregulación de H2AX aumentaba la presencia de CtIP en las bifurcaciones detenidas. Este mecanismo de recuperación llevó a resistencia contra los inhibidores de PARP, que son comúnmente usados en terapia.

Cuando los investigadores inhibieron PIN1 o p38α en estas células cancerosas resistentes, encontraron que se reducía la asociación de CtIP en las bifurcaciones detenidas. Esto indicó que ambas proteínas desempeñan roles esenciales en los mecanismos de resistencia en tumores deficientes en BRCA1.

#Implicaciones terapéuticas

Basándose en estos hallazgos, los investigadores propusieron que apuntar a la vía PIN1-p38α-CtIP podría ser una estrategia efectiva para superar la resistencia de los tumores deficientes en BRCA1 a las terapias. Sugerieron que este enfoque también podría ser útil en otros tipos de cáncer donde están presentes mecanismos de resistencia similares, particularmente en cáncer de páncreas con altos niveles de tolerancia al daño del ADN.

#Conclusión

Las complejas interacciones entre PIN1, p38α y CtIP son críticas para asegurar la estabilidad de las bifurcaciones de replicación durante eventos estresantes como el daño del ADN. Esta detallada comprensión de cómo estas proteínas trabajan juntas abre nuevas avenidas para estrategias de tratamiento del cáncer, especialmente para aquellos tumores que muestran resistencia a las terapias existentes.

Al enfocarse en los mecanismos que permiten a las células cancerosas sobrevivir bajo estrés, los investigadores pueden ayudar a desarrollar terapias dirigidas que podrían mejorar los resultados para los pacientes en el futuro.