Explorando el efecto de una mutación asociada al autismo en los movimientos de proteínas

Los procesos de replicación y transcripción del ADN pueden introducir tensiones torsionales (o retorcidas) en la estructura del ADN. Estos problemas topológicos son aliviados por una enzima llamada topoisomerasa II (TOP2) a través de una serie de reacciones.

Una enzima importante en este sentido, TOP2 tiene una estructura conservada evolutivamente que comprende un dominio ATPasa N-terminal, un núcleo catalítico y un dominio C-terminal. En particular, los humanos tienen dos tipos de TOP2: TOP2A, esencial para los procesos de división celular, y TOP2B, un actor importante en la proliferación y expresión génica de las neuronas.

Una serie de estudios previos reveló que las mutaciones sin sentido en el dominio catalítico de TOP2B pueden tener consecuencias perjudiciales.

Recientemente, en pacientes con trastorno del espectro autista y retraso global del desarrollo, se descubrió una mutación germinal heterocigota (es decir, una mutación genética en una célula reproductiva que luego se refleja en cada célula de la descendencia) en el dominio ATPasa de TOP2B. En esta mutación, la histidina se sustituye por tirosina en la posición 58 y, por lo tanto, se denomina sustitución H58Y (en adelante, TOP2B H58Y).

Curiosamente, esta mutación no provoca grandes cambios estructurales en TOP2B. Entonces, los investigadores supusieron que provoca un cambio funcional no relacionado con la actividad catalítica de TOP2B.

Para comprender mejor el significado biológico de la mutación H58Y, un grupo de investigadores dirigido por el profesor Ken-ichi Yano de la Universidad de Kumamoto, Japón, llevó a cabo una serie completa de experimentos. Sus resultados se publican en Informes científicos.

Al explicar la motivación detrás del estudio, el profesor Yano dice: «Los avances recientes en el análisis del genoma han revelado una serie de mutaciones genéticas asociadas con enfermedades. Sin embargo, a pesar de estos avances, el efecto de estas mutaciones en las proteínas sigue siendo desconocido. Este estudio proporciona una ejemplo de cómo las mutaciones afectan el comportamiento de las proteínas en las células».

La recuperación de fluorescencia después del fotoblanqueo (FRAP) es un método para monitorear los movimientos moleculares intracelulares. Utilizando el análisis FRAP, el equipo comparó la dinámica nuclear de TOP2B de tipo salvaje (TOP2B WT) con TOP2B H58Y. La movilidad es una característica importante de las proteínas nucleares y es crucial para ejecutar diversas funciones biológicas. Curiosamente, TOP2B H58Y fue significativamente menos móvil en comparación con TOP2B WT.

La movilidad reducida de TOP2B H58Y se confirmó además por su insensibilidad a un inhibidor de TOP2, ICRF-187, que reduce la movilidad de TOP2 al sujetarlo al ADN. Aunque TOP2B H58Y no reaccionó a ICRF-187, su respuesta a un veneno TOP2, etoside, que inhibe la proliferación, fue similar a TOP2B. Este resultado sugirió que la enzima mutante conservaba parte de su potencial catalítico.

Los experimentos del equipo también revelaron el mecanismo subyacente a la baja movilidad de las proteínas. Descubrieron que G180I, que afecta la unión de ATP a TOP2B, podría restaurar la movilidad de TOP2B H58Y. Estos resultados, por lo tanto, mostraron que los movimientos restringidos de TOP2B H58Y estaban mediados por la actividad ATPasa.

Estos experimentos han arrojado luz sobre un raro ejemplo de cómo una mutación asociada a una enfermedad podría alterar la dinámica nuclear, proporcionando así una plataforma para comprender la relevancia biológica de tales mutaciones. Se necesitan más experimentos para proporcionar información sobre el impacto funcional de la movilidad reducida de la proteína mutada y los procesos moleculares que subyacen al autismo. Optimista sobre la importancia de sus resultados, el profesor Yano concluye que estos experimentos «pueden ser una pista importante para comprender la causa del autismo».