{"id":11455,"date":"2023-01-10T11:42:35","date_gmt":"2023-01-10T09:42:35","guid":{"rendered":"https:\/\/chemevol.web.uah.es\/wp\/?p=11455"},"modified":"2023-01-10T14:23:10","modified_gmt":"2023-01-10T12:23:10","slug":"adn-g-cuadruplexos-diana-farmacologica-frente-al-cancer","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/chemevol.web.uah.es\/wp\/adn-g-cuadruplexos-diana-farmacologica-frente-al-cancer\/","title":{"rendered":"ADN G-cuadruplexos, diana farmacol\u00f3gica frente al c\u00e1ncer"},"content":{"rendered":"
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Realizado por Ana Jim\u00e9nez y Cristina Iruela – 3\u00ba de Biolog\u00eda Sanitaria, UAH <\/p>\n\n\n\n

Los G-cuadruplexos son unas estructuras qu\u00edmicas que llevan a\u00f1os en el punto de mira por su caracter\u00edstica estructra y localizaci\u00f3n. Cada vez se apuesta m\u00e1s por ellos como terapia frente al c\u00e1ncer dada su interacci\u00f3n con estrucutras y mol\u00e9culas \u00edntimamente relacionadas con la enfermedad. A continuaci\u00f3n se expondr\u00e1 una breve revisi\u00f3n sobre el tema.<\/p>\n\n\n\n

Estructura y funci\u00f3n de los ADN-G cuadruplexos<\/strong><\/h2>\n\n\n\n

Las secuencias de ADN ricas en guanina pueden plegarse en estructuras secundarias no can\u00f3nicas de cuatro cadenas denominadas G-cuadruplexos (G4). Estas estructuras secundarias se forman tanto en el ADN como en el ARN. Consiste en 4 guaninas unidas por puentes de hidr\u00f3geno de tipo Hoogsteen<\/strong>, en los que cada guanina puede actuar como donante y aceptor de dos puentes de hidr\u00f3geno formando una estructura plana denominada t\u00e9trada G [1]. <\/p>\n\n\n\n

Dos o m\u00e1s t\u00e9tradas G<\/strong> se pueden apilar una encima de otra para formar un G-cuadruplexo, siendo esta su unidad estructural. Esta se forman conectando 4 guaninas a trav\u00e9s de 8 puentes de hidr\u00f3geno. En la t\u00e9trada G, se forman dos de estos puentes que emparejan guaninas adyacentes, en los que est\u00e1n involucrados los nitr\u00f3genos n\u00famero 1,7, 2 y el ox\u00edgeno 6 de cada nucle\u00f3tido de guanina [2].<\/p>\n\n\n

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Figura 1
Estructura qu\u00edmica de una t\u00e9trada G<\/em>
Tomada de Kolesnikova, S., & Curtis, E. A. (2019). Structure and Function of Multimeric G-Quadruplexes. Molecules (Basel, Switzerland)<\/em>, 24<\/em>(17), 3074. https:\/\/doi.org\/10.3390\/molecules24173074<\/a><\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

Adem\u00e1s, es necesaria la presencia de un cati\u00f3n met\u00e1lico (Na+, K+) para estabilizar la estructura [3].<\/p>\n\n\n\n

En el ARN, los G4 formados en la regi\u00f3n 5\u2019UTR del ARNm inhiben la traducci\u00f3n dependiente de cap y mejoran la traducci\u00f3n independiente de caperuza mediada por IRES. Tambi\u00e9n influyen en otros mecanismos moleculares que tienen lugar en el ARN, como el empalme, cambios en el marco de lectura, localizaci\u00f3n del ARNm o la maduraci\u00f3n de los miARN [3].<\/p>\n\n\n\n

En base a experimentos in vitro, se predijo que los G-cuadruplexos se forman en regiones que albergan un motivo G4 espec\u00edfico. Sin embargo, estudios actuales muestran que tambi\u00e9n pueden formarse dentro de regiones con bucles formados por 3 o m\u00e1s guaninas por repetici\u00f3n, as\u00ed como en regiones que no siguen este motivo G4 estricto [1].<\/p>\n\n\n\n

No se distribuyen al azar en todo el genoma, sino que abundan en ciertas regiones, como promotores, tel\u00f3meros, sitios de uni\u00f3n de factores de transcripci\u00f3n u or\u00edgenes de replicaci\u00f3n. La estabilidad de esta estructura depende, entre otros factores, del n\u00famero de guaninas por repetici\u00f3n y de la longitud de los bucles [1]. <\/p>\n\n\n

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Figura 2
Estructura de los G-cuadruplexos<\/em>
Nota<\/em>: B) Una representaci\u00f3n 2D de un pliegue G4 t\u00edpico que muestra los tres cuartetos planos. Las esferas en los v\u00e9rtices de los cuartetos representan una guanina de cada uno de los cuatro G-tripletes. La esfera negra en el centro denota el cati\u00f3n met\u00e1lico central (Na + , K + ) necesario para estabilizar la estructura G4. (C) Una vista superior de un cuarteto G plano que muestra los enlaces Hoogsteen (l\u00edneas discontinuas), los \u00e1tomos de los mismos y un cati\u00f3n en la cavidad central. Las figuras no est\u00e1n dibujadas a escala.
Fragmento tomado de: Saranathan, N., & Vivekanandan, P. (2019). G-Quadruplexes: More Than Just a Kink in Microbial Genomes. Trends in microbiology<\/em>, 27<\/em>(2), 148\u2013163. https:\/\/doi.org\/10.1016\/j.tim.2018.08.011<\/a><\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

La relevancia fisiol\u00f3gica de estas estructuras se debe a la existencia de prote\u00ednas que pueden unirse a ellas o desplegarlas. Existen 3 clases de prote\u00ednas que interact\u00faan con los G-cuadruplexos descritas en la literatura: prote\u00ednas de uni\u00f3n a G-cuadruplexos, estabilizadoras de G-cuadruplexos y desarrolladoras de G-cuadruplexos (como helicasas). Se ha descrito qu\u00e9 mutaciones y\/o delecciones en estas prote\u00ednas conducen a cambios en la formaci\u00f3n de estas estructuras. Lo que, a su vez, puede dar lugar a cambios en las v\u00edas biol\u00f3gicas (cambios transcripcionales) y aumentar la inestabilidad del genoma [1].<\/p>\n\n\n\n

La formaci\u00f3n transitoria de G4 en condiciones termodin\u00e1micamente favorables tiene funciones reguladoras importantes dictadas por su ubicaci\u00f3n en el genoma [3]. Entre ellas se encuentran la regulaci\u00f3n de la transcripci\u00f3n, traducci\u00f3n, replicaci\u00f3n del ADN y localizaci\u00f3n del ARN [4]. Destaca la funci\u00f3n de los G-cuadruplexos en relaci\u00f3n a la inhibici\u00f3n de la actividad de la telomerasa<\/strong> [3].<\/p>\n\n\n\n

Relaci\u00f3n con los tel\u00f3meros + telomerasa + c\u00e1ncer<\/strong><\/h2>\n\n\n\n

Como ya se ha mencionado, los tel\u00f3meros son un ejemplo de la presencia de G4 cuadruplexos en el genoma de los vertebrados, bas\u00e1ndose en la secuencia consenso: (5\u2019-TTAGGG-3\u2019)<\/strong> [5] que evidencia la presencia repetitiva de las guaninas (dicha secuencia es espec\u00edfica para los mam\u00edferos y cambia seg\u00fan la especie de los mismos).<\/p>\n\n\n\n

Para comprender la importancia de los tel\u00f3meros, es clave entender la estructura de los mismos, cuya formaci\u00f3n es una respuesta evolutiva al problema encontrado en los extremos 3\u2019 cuando la maquinaria de replicaci\u00f3n de nuestras c\u00e9lulas no puede rellenar el hueco al no tener un extremo 5\u2019 anterior que le sirva de molde para la s\u00edntesis de la nueva cadena. Esto tiene como resultado la formaci\u00f3n de un T-loop<\/strong> y un D-loop<\/strong> originados por la invasi\u00f3n de un extremo 3\u2019 que sobresal\u00eda respecto al extremo 5\u2019 complementario [6]. Adem\u00e1s, se encontrar\u00e1 el complejo de Shelterina<\/strong>, el cual poseer\u00e1 diferentes prote\u00ednas que regular\u00e1n la actividad de la telomerasa<\/strong>, enzima encargada de la elongaci\u00f3n de los tel\u00f3meros por medio de la adici\u00f3n de unidades (TTAGGG).<\/p>\n\n\n\n

Esta respuesta evita la p\u00e9rdida de informaci\u00f3n en cada ronda de replicaci\u00f3n y evitan que la c\u00e9lula reconozca esta regi\u00f3n sobrante como un da\u00f1o en el ADN y lo elimine. De todas maneras, estos tel\u00f3meros se ir\u00e1n acortando igualmente con el tiempo: acortamiento telom\u00e9rico de Hayflick<\/strong>, resultando en un punto cr\u00edtico de longitud activando la llamada senescencia replicativa<\/strong>, siendo este proceso la base del envejecimiento celular que resulta en poner fin a su divisi\u00f3n [7]. La regulaci\u00f3n de dicha senescencia es clave para el organismo para evitar su envejecimiento y como supresor de tumores [8].<\/p>\n\n\n

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Figura 3
Representaci\u00f3n de un cromosoma y terminaci\u00f3n telom\u00e9rica<\/em>
Nota<\/em>: A) Esquema de un cromosoma indicando la ubicaci\u00f3n de un tel\u00f3mero. B) Estructura del tel\u00f3mero: T-loop secuestrando el extremo terminal del cromosoma, y D-loop donde se observa la triple hebra de ADN. C) Complejo Shelterina de prote\u00ednas asociadas a los tel\u00f3meros.
Tomado de Mengual Gomez, Diego & Armando, Romina & Farina, Hern\u00e1n & Gomez, Daniel. (2014). Telomerasa y tel\u00f3mero: su estructura y din\u00e1mica en salud y enfermedad<\/em>. Medicina. 74. 69-76.<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

Los G4 tienen un papel de represi\u00f3n de determinados genes en c\u00e9lulas sanas impidiendo la entrada de la maquinaria necesaria para la replicaci\u00f3n y transcripci\u00f3n. En c\u00e9lulas sanas, estos evitan la expresi\u00f3n de oncogenes como: MYC, sufriendo as\u00ed un proceso de regulaci\u00f3n negativa [5].<\/p>\n\n\n

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Figura 4
Resumen esquem\u00e1tico de los efectos de los ligandos de G4 en las c\u00e9lulas cancerosas<\/em>
Tomado de: Kosiol, N., Juranek, S., Brossart, P., Heine, A., & Paeschke, K. (2021). G-quadruplexes: a promising target for cancer therapy. Molecular cancer<\/em>, 20<\/em>(1), 40. https:\/\/doi.org\/10.1186\/s12943-021-01328-4<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

Lo que ocurre en enfermedades como el c\u00e1ncer es que el acortamiento de los tel\u00f3meros se evita hasta tal punto que las c\u00e9lulas se inmortalizan y escapan al proceso de muerte celular. La base patol\u00f3gica de esto es la activaci\u00f3n de la telomerasa la cual est\u00e1 adem\u00e1s sobre expresada en los tejidos cancerosos [9], cuya activaci\u00f3n ser\u00e1 siempre el reflejo de una respuesta an\u00f3mala. Los G4 presentes en los tel\u00f3meros de sus c\u00e9lulas no tendr\u00e1n la misma eficacia que en las c\u00e9lulas sanas, puesto que la telomerasa se introduce y favorece la elongaci\u00f3n de dicho tel\u00f3mero. Este suceso tendr\u00e1 como consecuencia el desarrollo del fenotipo inmortal que adoptar\u00e1n las c\u00e9lulas del tejido afectado y que se volver\u00e1n cancerosas [5]. Es importante destacar que la alteraci\u00f3n de la uni\u00f3n de los G4 con la telomerasa se ha observado tanto in vivo<\/em> como in vitro<\/em> [1]. <\/p>\n\n\n\n

Cabe mencionar las regiones TERRA<\/strong>, regi\u00f3n telom\u00e9rica de RNA no codificante [5]. Esta, es el transcrito resultante del tel\u00f3mero llevado a cabo por la enzima RNA polimerasa II la cual puede aparecer como ARN nucleopl\u00e1smico libre o en forma de un nuevo loop en la estructura de los tel\u00f3meros: R-loop<\/strong> (correspondiente a un h\u00edbrido entre ADN y ARN) [8]. <\/p>\n\n\n\n

Cuando el tel\u00f3mero se acorta hasta dicho punto cr\u00edtico anteriormente mencionado, este R-loop se asocia con el resto de TERRA promoviendo la reparaci\u00f3n dirigida por homolog\u00eda (denominada HDR-mediated). Este proceso va a permitir la recombinaci\u00f3n del tel\u00f3mero con su propia secuencia perpetuando as\u00ed su vida celular y evitando la senescencia prematura. Adem\u00e1s, este mismo mecanismo ser\u00e1 utilizado por algunas c\u00e9lulas cancerosas para la elongaci\u00f3n de los tel\u00f3meros en caso de no poseer telomerasa funcionando como mecanismo de alargamiento alternativo, siendo la base de los tumores ALT [8].<\/p>\n\n\n\n

Parad\u00f3jicamente, algunos estudios han dado evidencia de la longitud reducida de los tel\u00f3meros de las c\u00e9lulas cancer\u00edgenas respecto a las c\u00e9lulas de tejidos libres de c\u00e1ncer, as\u00ed como un aumento del n\u00famero de los G4 en las mismas [5][9]. Para esto se siguen formulando diferentes hip\u00f3tesis.<\/p>\n\n\n\n

Otras utilidades bioqu\u00edmicas<\/strong><\/h2>\n\n\n\n

Adem\u00e1s de la funci\u00f3n anteriormente mencionada, se han estudiado cada vez m\u00e1s aplicaciones: <\/p>\n\n\n\n