En genética molecular , un aducto de ADN es un segmento de ADN unido a una sustancia química que provoca cáncer . Este proceso podría conducir al desarrollo de células cancerosas o carcinogénesis . Los aductos de ADN en experimentos científicos se utilizan como biomarcadores de exposición. Son especialmente útiles para cuantificar la exposición de un organismo a un carcinógeno. [1] La presencia de un aducto de este tipo indica una exposición previa a un carcinógeno potencial, pero no necesariamente indica la presencia de cáncer en el animal en cuestión.
Los aductos de ADN se investigan en entornos de laboratorio. Un diseño experimental típico para estudiar aductos de ADN es inducirlos con carcinógenos conocidos . Una revista científica a menudo incorporará el nombre del carcinógeno en su diseño experimental. Por ejemplo, el término "aducto DMBA-ADN" en una revista científica se refiere a un fragmento de ADN que tiene DMBA ( 7,12-dimetilbenz(a)antraceno ) adherido a él. [2]
El impacto de los carcinógenos
Varias enfermedades, incluido el cáncer, se desarrollan a partir del ADN mutado. Estas mutaciones son causadas por carcinógenos a través de factores externos e internos. Los carcinógenos son agentes químicos o físicos que causan daño al ADN, que luego puede convertirse en cáncer. Pueden iniciar la mutagénesis en el ADN al interferir con el proceso de replicación . [3] Estas interacciones generalmente hacen que se formen aductos químicos en la célula. Esto permite que los aductos de ADN sirvan como biomarcadores de exposición a carcinógenos del medio ambiente. Son biomarcadores atractivos porque son estables, abundantes y fácilmente caracterizables. La exposición a ellos puede causar daño al ADN de manera directa o indirecta. En el caso directo, un carcinógeno puede unirse al ADN y hacer que se deforme o se entrecruce. Aunque la reparación del ADN ocurre en circunstancias normales, a veces el ADN no se repara a sí mismo. Esto podría ser el comienzo de una mutación o mutagénesis . Las mutaciones repetidas pueden conducir a la carcinogénesis , el comienzo del cáncer. [4]
La presencia de carcinógenos endógenos contribuye a los niveles de aductos de ADN en un paciente. Esto puede sesgar la cuantificación de carcinógenos que provienen de la exposición ambiental. La investigación en curso sobre los aductos de ADN busca superar estas complicaciones. Se espera que en futuras prácticas médicas los aductos de ADN puedan servir para guiar tratamientos terapéuticos que sean más específicos y efectivos. [5]
Mecanismo del daño del ADN
La formación de aductos está determinada por las estructuras de los reactivos químicos, el movimiento de los electrófilos y la capacidad de los compuestos para unirse al ADN, lo que potencialmente impulsa la formación de aductos en sitios nucleofílicos específicos . Se cree que las ubicaciones N3 y N7 (ubicación de nucleótidos) de la guanina y la adenina son las más nucleofílicas y, por lo tanto, forman aductos selectivamente sobre átomos de oxígeno exocíclicos . La generación de aductos de ADN también está influenciada por ciertos factores estéricos . La posición N7 de la guanina está expuesta en el surco mayor del ADN de doble hélice , lo que la hace más adecuada para la aducción que cuando se compara con la posición N3 de la adenina, que está orientada en el surco menor. [6]
Figura 2: Sitios reactivos de interés para los ácidos nucleicos en la formación de aductos de ADN
Muchos compuestos requieren la activación metabólica de enzimas para volverse mutagénicos y causar daño al ADN. Además, se pueden producir intermediarios reactivos en el cuerpo como resultado del estrés oxidativo , dañando así el ADN. Algunos carcinógenos químicos, metabolitos, así como compuestos endógenos generados por procesos inflamatorios causan estrés oxidativo. Esto puede resultar en la formación de especies reactivas de oxígeno (ROS) o especies reactivas de nitrógeno (RNS). Se sabe que ROS y RNS causan daño al ADN a través de procesos oxidativos. La Figura 2 muestra cada uno de los sitios reactivos para los ácidos nucleicos involucrados en la aducción y el daño, con cada forma de transferencia distinguida por el color de la flecha. Estas posiciones son de interés para los investigadores que estudian la formación de aductos de ADN. La investigación ha indicado que muchos productos químicos diferentes pueden cambiar el ADN humano y que el estilo de vida y las características del huésped pueden afectar el grado de daño al ADN. Los humanos están constantemente expuestos a una combinación diversa de sustancias potencialmente peligrosas que pueden causar daño al ADN. [6]
Sustancias químicas que forman aductos de ADN
Figura 3: ADN dañado por el carcinógeno 2-aminofluoreno
acetaldehído , un componente importante del humo del tabaco
cisplatino , que se une al ADN y provoca reticulación (que conduce a la muerte celular)
Los ensayos de post-marcado con 32P detectan aductos de ADN transfiriendo 32P-ATP a una secuencia de nucleótidos marcada como cancerígena, con selectividad que favorece a los nucleótidos modificados. [17]
Cromatografía líquida-espectrometría de masas (LC-MS):
La cromatografía líquida-espectrometría de masas ha reemplazado en mayor medida al ensayo de posmarcaje con 32P como el método de elección para la detección de aductos de ADN caracterizados estructuralmente. [17] [18]
Marcado de fluorescencia:
Ciertos aductos de ADN también pueden detectarse mediante fluorescencia porque contienen cromóforos fluorescentes. [19]
Ensayo inmunoabsorbente ligado a enzimas (ELISA):
La prueba ELISA contiene un antígeno en solución que puede unirse a los aductos de ADN. Cualquier antígeno libre restante emitirá fluorescencia. Esto permite que la prueba ELISA cuantifique los aductos de ADN y trace una relación inversa entre el daño al ADN y la intensidad de la fluorescencia de las muestras. [20]
Aductos de ADN como biomarcadores de exposición
Dieta de carne de res
El consumo humano de más de 2,5–3,5 oz (70–100 g) de carne roja (ternera, cordero o cerdo) al día aumenta el riesgo de cáncer de colon , pero comer pollo no tiene este riesgo. [21] [22] El aumento del riesgo de cáncer de colon por la carne roja puede deberse a mayores aumentos en los aductos de ADN por la digestión de la carne roja. Cuando las ratas fueron alimentadas con carne de res o pollo, tres tipos de aductos de ADN en el tejido del colon fueron significativamente más altos después del consumo de carne de res que después del consumo de pollo. [23] Estos aductos eran un tipo de metil-citosina (posiblemente N3-metil-citosina), un aducto de dos moléculas de malondialdehído con guanina y carboxil-adenina. [24]
Uso de tabaco
La exposición humana al humo del tabaco se ha asociado con un mayor riesgo de cáncer de pulmón. El humo del tabaco puede suponer un gran riesgo para el ADN, ya que sustancias químicas como el formaldehído y el acetaldehído reaccionan directamente con el ADN para formar aductos. Además, hay otros carcinógenos específicos del tabaco que se deben tener en cuenta en los seres humanos y que se activan metabólicamente, como la nitrosamina cetona (NNK) derivada de la nicotina y la N'-nitrosonornicotina (NNN). Estos carcinógenos terminan formando aductos cuando reaccionan con el ADN, que se denominan aductos de piridil oxobutilo (POB). [25]
Figura 4: Efectos del tabaco sobre el ADN humano sano
Se han realizado más análisis sobre el tema, determinando que el 1,3-butadieno (BD) es un carcinógeno humano que se encuentra en el humo del cigarrillo, entre otras industrias de polímeros sintéticos . Se realizaron pruebas para comprender las diferencias en el nivel de aductos BD-ADN urinarios entre varios grupos étnicos: blancos, japoneses estadounidenses y nativos hawaianos. Se determinó que los fumadores japoneses estadounidenses exhibieron niveles elevados de aductos de guanina inducidos por BD urinarios que los individuos blancos y nativos hawaianos, mientras que no hubo diferencias en los resultados por etnia entre los no fumadores. Comprender los factores epigenéticos y genéticos que impulsan estas diferencias en la presencia de aductos BD-ADN urinarios es el siguiente paso para esta investigación, que sirve como vínculo entre la sociología y las ciencias de la vida. [26]
Partículas suspendidas en el aire
La materia particulada (PM), conocida ampliamente como contaminación del aire, es considerada un carcinógeno del grupo 1 por la Agencia Internacional para la Investigación sobre el Cáncer ; si bien no está claro si existe un vínculo directo entre el cáncer y la exposición a PM, es probable que la exposición a PM provoque algún grado de daño celular. Tras una investigación más a fondo, se determinó que la exposición a PM causa estrés oxidativo , creando especies reactivas de oxígeno, formando aductos de ADN e induciendo roturas de doble cadena (DSB). Con respecto a la formación de aductos de ADN, este análisis se realizó después de observar los leucocitos de los residentes de ciudades densamente pobladas (por ejemplo, contaminación, tráfico a largo plazo); un componente común de las PM, el hidrocarburo aromático policíclico (HAP), fue una de las muchas moléculas consideradas altamente correlacionadas con la presencia de lesiones voluminosas en el ADN en estos individuos. Estos hallazgos respaldan la teoría de que la presencia de aductos de ADN indica un nivel de actividad cancerígena. [27]
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