ADN, ORIGAMI Y ELEFANTES

 

¿Cómo meterías cuatro elefantes en un seat seiscientos?, era la pregunta que formulaba un viejo chiste de hace sesenta años. La respuesta no podía ser más obvia: dos delante y dos detrás. Bien, un dilema parecido se plantea a nivel microscópico en todas y cada una de nuestras células, de las que poseemos unos 30 billones aproximadamente, cuando nos preguntamos cómo es posible que el núcleo de cada una de ellas albergue la totalidad del ADN que conforma nuestro genoma. Recordemos que en nuestra especie el genoma está formado por alrededor de tres mil millones de nucleótidos. La distancia media entre dos nucleótidos sucesivos es de 0,2 nanómetros. Como quiera que un metro equivale a 10⁹ nanómetros, el ADN contenido en cada núcleo celular tiene una longitud aproximada de dos metros. Si existiera una célula tan grande como una persona, si tú fueras una célula, tu filamento de ADN rondaría los ciento setenta kilómetros. Y tendrías que arreglártelas para meterte en el bolsillo tus ciento setenta kilómetros de ADN.

Bueno, pues puede que lo más inteligente fuera aprender a plegar aquella kilométrica cadena de manera que pudieras guardarla en el bolsillo. Una técnica parecida a la del origami, minuciosa papiroflexia que permitiera llevar a cabo semejante proeza. Ahora bien, imaginando que cada nucleótido es una hoja de papel, no podemos empujar las hojas desordenadamente, porque arruinaríamos el contenido del documento, su significado. No hay que perder de vista que el ADN, con todos sus nucleótidos agrupados y ordenados, es el plano necesario para construir nuestro organismo al completo, que cada nueva célula naciente recibe de su antecesora, un hecho que se produce cientos de miles de veces por segundo mientras transcurre nuestra existencia. Cualquier mínimo error en el copiado del ADN y su transferencia a la célula heredera, podría dar lugar (de hecho lo hace de vez en cuando) a enfermedades y otros serios problemas que comprometerían nuestra vida. Por lo tanto, el plegado del papel debe hacerse en el orden preciso y siguiendo unas reglas concretas, para que las instrucciones contenidas en el texto puedan leerse e interpretarse correctamente. La página 615 no puede ir por detrás de la 820, y el capítulo VI no puede contener diez páginas del capítulo III, porque así la novela no tendría pies ni cabeza, lo mismo que volviendo al terreno biológico, al ser vivo resultante le faltaría un brazo o le sobraría un hígado.

¿Cómo, entonces, se empaqueta nuestro larguísimo filamento de ADN para caber dentro de cada núcleo celular, aún más microscópico que la microscópica célula? Responderemos a esta pregunta siguiendo a Matteo Berretti en su obra La genética en 100 preguntas (Ed. Nowtilus, Madrid, 2017):

La estructura del ADN está formada por dos cadenas, cada una de ellas compuesta por secuencias de nucleótidos que se enrollan una en torno a la otra a lo largo de un eje vertical, tomando la forma de una doble hélice. Esta doble hélice, a su vez, se enrolla alrededor de una serie de proteínas especiales llamadas histonas, que tienen una función similar a la de una bobina de hilo. Las histonas, en cada vuelta, forman estructuras más grandes denominadas nucleosomas, lo que representa el primer paso en el proceso de empaquetado del ADN.

Cada nucleosoma contiene una partícula central (núcleo) formada por 146 pares de bases de ADN superenrollado que gira en torno a un complejo de ocho moléculas de histonas que forman un cilindro. Los nucleosomas están conectados entre sí por un segmento de ADN de sesenta pares de bases, el ADN linker, a los que se asocia una histona H1, originando una estructura similar a un collar de perlas.

Este collar de perlas, con un diámetro aproximado de diez nanómetros, se enrolla de nuevo en forma de hélice en una estructura de solenoide para formar una fibra de treinta nanómetros. La formación de esta fibra es posible gracias a la interacción entre histonas H1 de los nucleosomas vecinos, de modo que cada vuelta estará formada por seis nucleosomas. Esta fibra, a su vez, puede ser plegada de nuevo en lazos unidos a proteínas de la matriz celular.

El ADN empaquetado en estas superestructuras, puede comportarse de manera similar a una cuerda enrollada sobre sí misma bloqueando los cabos, torciéndose y creando tensiones; de este modo, la distancia que separa a los nucleótidos puede aumentar o disminuir, así como aumenta o disminuye la distancia entre las fibras de la cuerda dependiendo de que esta gire en un sentido u otro.

Este fenómeno se llama superenrollamiento. El ADN es un gran contorsionista, que puede asumir diversos estados de empaquetamiento según el momento de la vida celular y su división mitótica en el caso de las células somáticas, o meiótica en el caso de las células sexuales, óvulo o espermatozoide. Un particular estado de superenrollamiento se define como su topología. Los pasos que hemos descrito pueden apreciarse mejor en la ilustración:

De igual manera que en una cuerda girada sobre sí misma, la doble hélice de ADN en su fase de empaquetamiento máximo, tendrá un grado de tensión que debe ser aminorado para permitir que las dos cadenas se abran y den acceso a las moléculas encargadas de la transcripción. Esta labor viene desempeñada por una clase de enzimas llamadas ADN-topoisomerasas, que tienen expresamente la función de eliminar las tensiones que se crean en la doble hélice de ADN a causa de la transcripción.

Todo este complicado conjunto de superenrollamiento y compactación permite la increíble hazaña de almacenar dos metros de ADN en el núcleo de una célula de unas pocas micras. Es algo milagroso se mire como se mire. A mí desde luego, me lo parece. Al profe Bigotini no tanto, porque está acostumbrado a meter las narices en todas partes.

Oiga mozo, ¿no sería más fácil que en lugar de intentar meter el baúl dentro del camarote, metiera el camarote dentro del baúl? Groucho Marx.