6 Febrero, 2008

del Sitio Web ElBlogDeUnPleyadiano

Una bala perdida atraviesa el centro de comando, perforando a su paso equipos vitales y dañando archivos de datos. El equipo de técnicos de reparación entra en acción. El daño debe ser corregido rápidamente; de lo contrario, los sistemas de control podrían estropearse.

Es, literalmente, un asunto de vida o muerte y se debe tomar una decisión: intentar arreglar el daño en el lugar de los hechos o transportar las partes averiadas al taller de reparación.

Este es el drama que tiene lugar todos los días en el universo microscópico del interior de las células de los astronautas. Las partículas de radiación espacial de alta velocidad atraviesan el cuerpo de los astronautas. En ciertas ocasiones, una de estas partículas golpea y rompe una cadena de ADN.

Debido a que el ADN es el portador de la información genética en las células del cuerpo (y dirige su comportamiento), si está averiado puede dar lugar a un crecimiento descontrolado de las células e incluso puede provocar cáncer.

Concepto artístico del ADN en el momento de recibir la radiación espacial.
 

Afortunadamente, las células cuentan con equipos de enzimas de reparación que intentan corregir los daños. Durante mucho tiempo, los científicos creyeron que estas enzimas acuden al lugar donde se ha producido la lesión y reparan el ADN averiado allí mismo.

Sin embargo, investigaciones recientes, llevadas a cabo por Francis Cucinotta, quien es el investigador principal del Programa de Radiación Espacial de la NASA, en el Centro Espacial Johnson, y sus colegas, sugieren que, en determinadas ocasiones, las células podrían trasladar el ADN averiado a “talleres de reparación” muy especiales.

“Es una idea nueva y muy controvertida”, dice Cucinotta. “En el pasado, los científicos simplemente no debatían sobre esta idea. Se daba por sentado que las reparaciones se llevaban a cabo en el mismo lugar donde se producía el daño”.

De hecho, las investigaciones muestran que algunas cadenas de ADN sí son reparadas en el lugar de los hechos. Otras reparaciones, no obstante, son trasladadas.

¿Cuál es la diferencia?

“Yo creo que el ADN más dañado es el que es trasladado”, afirma Cucinotta.

Si es así, este sistema de traslado podría brindar a los investigadores una herramienta para distinguir entre reparaciones menores y aquellas que son de mayor importancia. A pesar de que con frecuencia las células son capaces de llevar a cabo con éxito pequeñas reparaciones de ADN, también pueden, algunas veces, estropear reparaciones más complejas.

Eso puede hacer que la célula se torne más susceptible al cáncer. De modo que la obstrucción selectiva de las reparaciones trasladadas podría dar como resultado que una célula que se encuentra severamente dañada se destruya en lugar de intentar repararse, manteniendo así la salud general del astronauta.

“Es posible que sea mejor dejar que mueran algunas células donde se ha producido daño”, dice Cucinotta.

Con el propósito de simular la radiación espacial, un equipo de investigadores dirigido por Sylvain Costes, del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, utilizó muestras de células humanas cultivadas en el laboratorio y las expuso a uno de tres tipos de radiación:

1. rayos gama

2. rayos-X

3. núcleos de hierro de alta energía generados en el acelerador de partículas del Laboratorio de Radiación Espacial de la NASA, el cual forma parte del Laboratorio Nacional Brookhaven, en Upton, Nueva York.

La línea del haz de radiación en el laboratorio de Radiación Espacial de la NASA.
 

Estos núcleos de hierro son muy parecidos a los rayos cósmicos, la forma de radiación espacial más peligrosa y aquella de la cual es más difícil proteger a los astronautas.

Los experimentos realizados con núcleos de hierro han dado como resultado la evidencia más contundente de que las células pueden estar trasladando el ADN roto hacia los centros de reparación. Estas partículas de alta velocidad son capaces de atravesar las células en una trayectoria de línea recta. De manera que, cualquier huella del daño causado por un núcleo de hierro debería poder hallarse solamente a lo largo de esa trayectoria.

Sin embargo, ese no fue el patrón que observaron Costes y sus colegas cuando analizaron las imágenes de células reales tomadas a tan sólo 10 minutos de haberlas irradiado. Adhiriendo moléculas fluorescentes a algunas de las enzimas de reparación, los investigadores observaron manchas verdes y fluorescentes en todos los lugares de las células en donde el ADN estaba siendo reparado.

Y en lugar de ubicarse solamente a lo largo de la trayectoria donde ocurrió el daño, estas manchas parecieron congregarse también en otros sitios dentro de las células.

“En muchas ocasiones, observamos que las reparaciones se estaban produciendo cerca del límite entre el área densa que contiene todos los cromosomas y las regiones adyacentes más vacías”, explica Cucinotta.

"click"

Sitios de reparación de ADN graficados por Costes y colaboradores,

en el Laboratorio de Radiación Espacial, de la NASA.
 

Las células podrían estar trasladando sus porciones dañadas allí porque es más fácil, sugiere. La reparación del ADN involucra decenas de enzimas diferentes.

En vez de tratar de agrupar todas esas enzimas en el lugar donde se aloja el daño, sería más eficiente para las células si dejaran todas estas enzimas en sitios específicos cerca de los cromosomas y trasladaran el ADN averiado hacia ellas.

“De ese modo, existen mayores probabilidades de que la reparación sea más precisa”, expresa Cucinotta.

El mecanismo de transporte que las células utilizarían para movilizar el ADN todavía es un misterio que se debe resolver.

A pesar de que la idea sobre talleres de reparación de ADN es muy reciente, tiene un precedente. Cuando las bacterias duplican sus cromosomas, lo hacen pasando el ADN a través de un lugar en la célula llamado origen de la replicación en vez de enviando las enzimas que realizan la tarea de una máquina copiadora hacia cualquier sitio donde se encuentre el ADN.

Si esta idea sobre la existencia de un taller de reparación de ADN es respaldada por investigaciones futuras, tal descubrimiento podría ayudar a la NASA a lidiar con la amenaza para la salud que representa la radiación espacial en los astronautas.

Por lo pronto, entender este sistema de traslado y reparación podría ayudar a los investigadores a mejorar los programas de computadora que utilizan para calcular los riesgos que representa la radiación espacial para la salud. Además, una mejor comprensión de los mecanismos de reparación celular podría revelar nuevos blancos moleculares para drogas que algún día podrían lograr que las células de los astronautas toleren mejor la radiación.

Eso transformaría a la bala perdida (o rayo cósmico) en algo un poco menos alarmante.

Repair Shops for Broken DNA
November 7, 2007

from ScienceNASA Website

A stray bullet rips through the command center, blowing holes in vital equipment and damaging the data archives. Repair teams spring into action. The damage must be patched up quickly or the control systems could go haywire. It's literally a matter of life or death, and a decision must be made: try to fix the damage in place, or move the broken parts to the repair shop.

This is a drama that unfolds every day in the microscopic world inside the cells of astronauts. High-speed particles of space radiation zip through an astronaut's body. Occasionally, one of these particles will strike and break a strand of DNA.

Because DNA carries a cell's genetic information and directs its behavior, broken DNA can make a cell grow out of control and even lead to cancer.

An artist's concept of DNA battered by space radiation.
 

Fortunately, cells have teams of repair enzymes that try to fix this damage. Scientists have long thought that these enzymes always go to the site of injury and fix the DNA damage in place. But new research by Francis Cucinotta, the Chief Scientist for NASA's Space Radiation Program at the Johnson Space Center, and his colleagues suggests that cells might sometimes move broken DNA to special "repair shops" instead.

It's a new and controversial idea, Cucinotta says.

"Scientists just didn't discuss this idea before. People assumed that the repair just happened right there where the damage occurred."

And indeed, the research shows that some strands of DNA are repaired on the spot. Others, however, are relocated.

What's the difference?

"I think it is the most damaged DNA that gets relocated," says Cucinotta.

If so, this relocation system might provide a way for scientists to distinguish between minor repairs and major ones. While cells can often fix minor DNA damage successfully, they sometimes botch major repairs.

That can make the cell even more prone to becoming cancerous, so selectively blocking the relocated repairs could force a severely damaged cell to self-destruct rather than attempt to fix itself, thus keeping the astronaut healthier overall.

"It may be better to let some cells die off that have been damaged," Cucinotta says.

To simulate space radiation, a team led by Sylvain Costes of the Lawrence Berkeley National Laboratory exposed human cells grown in the lab to one of three radiation types:

1. gamma rays

2. X-rays

3. high-energy iron nuclei generated in the particle accelerator at NASA's Space Radiation Laboratory, a part of the Brookhaven National Laboratory in Upton, New York.

The radiation beam line at the NASA Space Radiation Laboratory.
 

These iron nuclei closely resemble cosmic rays, the most dangerous form of space radiation and the most difficult kind to protect astronauts from. The experiments using iron nuclei provided the clearest evidence that cells might be moving broken DNA to repair centers. These high-speed particles blaze straight-line paths through cells.

So spots of damage caused by a single iron nucleus should be along that straight path.

Yet that's not the pattern that Costes and his colleagues found when they analyzed images of real cells taken 10 minutes after the cells were irradiated. By attaching fluorescent molecules to some of the repair enzymes, the scientists could see green, glowing spots in the cells wherever DNA was being fixed.

Rather than staying along the line where the damage occurred, these glowing spots seemed to congregate at other places within the cells.

"Often, we saw repairs happening near the boundary between the dense area containing all the chromosomes and the surrounding, emptier regions," Cucinotta explains.

DNA repair sites mapped by Costes et al at the NASA Space Radiation Lab.

[More]
 

Cells might move damaged portions here because it's easier, he suggests. DNA repair involves dozens of different enzymes. Rather than trying to gather all these enzymes at the damage site, it might be more efficient for cells to keep all these enzymes in discrete locations near the chromosomes and bring injured DNA to them.

"It's more likely to be an accurate repair that way," Cucinotta says.

The transport mechanism that cells would use to move the DNA around remains unknown.

While the idea of DNA repair shops is fairly new, it's not without precedent. When bacteria duplicate their chromosomes, they do so by passing the DNA through a place in the cell called the origin of replication rather than sending the copy-machine enzymes to wherever the DNA happens to be.

If future research supports the repair-shop idea, the discovery could help NASA cope with the health threat posed to astronauts by radiation.

For one, understanding this relocation and repair system would let researchers improve computer programs they use to estimate space radiation health risks. Also, better knowledge of cells' repair mechanisms could potentially reveal new molecular targets for drugs that would someday improve astronauts' tolerance to radiation.

And that would make the occasional bullet - or cosmic ray - a bit less alarming.