Cómo las células se defienden de la radiación ultravioleta y reparan el daño en su ADN

La radiación ultravioleta (UV) del Sol es una de las principales causas de daño en el ADN, con consecuencias que pueden derivar en enfermedades graves como el cáncer de piel. Sin embargo, el organismo posee mecanismos altamente eficientes para contrarrestar estos efectos y preservar la integridad del material genético.

Una investigación reciente, publicada en la revista Nature Communications y liderada por los científicos Veysel Oğulcan Kaya y Ogün Adebali, de la Universidad de Sabanci, reveló un mecanismo clave en este proceso: las células reorganizan tridimensionalmente su ADN para priorizar la reparación de las zonas más afectadas.

El ADN no es solo una secuencia de instrucciones genéticas; su estructura está empaquetada de manera precisa dentro del núcleo celular. Esta organización permite a la célula acceder a fragmentos específicos cuando es necesario, ya sea para su expresión o para su reparación en caso de daño.

Cuando la radiación UV impacta sobre el ADN, provoca lesiones que pueden interferir con funciones esenciales de la célula. En respuesta, la estructura del ADN se reorganiza para facilitar el acceso de los mecanismos de reparación a las regiones más vulnerables.

“El ADN no es un código estático. Su organización espacial responde rápidamente a los desafíos para optimizar su integridad”, explicó Adebali, que precisó que esta flexibilidad estructural permite que la célula actúe con rapidez para minimizar el impacto de la radiación ultravioleta.

“Si bien es bien sabido que la radiación UV amenaza la integridad genómica, los mecanismos precisos mediante los cuales las células orquestan la respuesta y la reparación del daño del ADN en el contexto de la arquitectura genómica tridimensional siguen siendo inciertos. En este estudio, abordamos esta deficiencia investigando la reorganización del genoma tridimensional inducida por la radiación UV y su papel crucial en la mediación de la respuesta al daño”, describió en el trabajo publicado.

Mediante mapas temporales de matrices de contacto y perfiles transcripcionales, los investigadores ilustraron los cambios inmediatos y holísticos en la arquitectura genómica tras la irradiación, destacando la importancia de esta reconfiguración para la eficacia de los procesos de reparación del ADN.

“Demostramos que la radiación UV desencadena una reestructuración integral de la organización del genoma tridimensional a todos los niveles, incluyendo bucles, dominios de asociación topológica y compartimentos. Mediante el análisis de mapas de daño del ADN y reparación por escisión, descubrimos una correlación entre el plegamiento del genoma, la regulación génica, la probabilidad de formación de daño y la eficacia de la reparación”, sostuvieron.

Los investigadores comparan este proceso con una biblioteca donde los libros (genes) están organizados en estantes (secciones de ADN). Cuando un libro sufre daño, en lugar de buscarlo en toda la biblioteca, el sistema reconfigura los estantes para acercar los libros afectados a las herramientas de reparación, optimizando la respuesta.

Para analizar esta reorganización del ADN tras el impacto de la radiación UV, los científicos utilizaron técnicas de aprendizaje profundo. Con la recopilación y análisis de grandes volúmenes de datos genómicos, pudieron identificar patrones de interacción entre las regiones del ADN que facilitaban la reparación prioritaria de ciertas áreas.

El estudio demostró que las zonas del genoma con mayor actividad son las que reciben atención prioritaria en la reparación. “Son como las avenidas principales de una ciudad: requieren mantenimiento constante para garantizar el funcionamiento adecuado del sistema”, detalló Kaya, autor principal del trabajo.

“Comprobamos que la reorganización adaptativa del genoma 3D es un mediador clave de la respuesta al daño, lo que proporciona nuevos conocimientos sobre la compleja interacción de la estructura genómica y los mecanismos de defensa celular contra el daño inducido por los rayos UV, avanzando así nuestra comprensión de la resiliencia celular”, agregó el experto.

El equipo también descubrió que la exposición a la radiación UV activa genes específicos encargados de coordinar la defensa celular. Entre ellos, los genes JUN y FOS mostraron una activación inmediata tras el daño. Estas secuencias están involucradas en la regulación de la inflamación y en la protección contra la muerte celular inducida por el estrés ambiental.

“Nos sorprendió la velocidad de la respuesta: en apenas 12 minutos después de la exposición al UV, ya se activaban estos mecanismos de defensa”, indicó Kaya. “A los 30 minutos, podíamos ver los primeros signos de recuperación”, agregó.

El estudio también plantea la posibilidad de que ciertas personas sean más resistentes al daño UV gracias a diferencias genéticas en estos mecanismos de defensa. Esta línea de investigación podría abrir la puerta a estrategias personalizadas de prevención del cáncer de piel.

Comprender cómo la estructura del ADN se adapta y se reorganiza para resistir el daño UV podría ayudar a desarrollar nuevos enfoques terapéuticos. Según los investigadores, este conocimiento podría aprovecharse para diseñar fármacos que estimulen los procesos de reparación del ADN en personas con mayor susceptibilidad a enfermedades asociadas a la radiación solar.

“Nuestros hallazgos podrían inspirar estrategias para mejorar la protección celular y minimizar el impacto de otros agentes ambientales dañinos, como contaminantes o carcinógenos”, señaló Adebali.

El equipo ya planea ampliar su investigación a otros tipos de estresores ambientales y estudiar cómo afectan la organización del ADN y sus mecanismos de reparación. También buscan perfeccionar sus modelos computacionales para entender mejor los procesos subyacentes.

Este estudio subraya la capacidad de adaptación de las células para proteger su material genético frente a amenazas externas. La organización del ADN no solo cumple una función estructural, sino que también desempeña un papel crucial en la respuesta a daños y en la supervivencia celular.

“Nuestro trabajo resalta la sofisticación del sistema biológico. No solo reparamos el ADN, sino que lo hacemos con una estrategia que maximiza la eficiencia y la precisión”, concluyó Kaya.

La capacidad de las células para reorganizar su ADN y optimizar su reparación es un testimonio de la complejidad y la eficacia de los procesos biológicos. Estos hallazgos no solo mejoran la comprensión de la biología celular, sino que también allanan el camino para nuevas estrategias de protección y tratamiento frente al daño por radiación ultravioleta.