8.13 : Fixing Double-strand Breaks

La estructura bicatenaria del ADN tiene dos grandes ventajas. En primer lugar, sirve como un repositorio seguro de información genética donde una hebra sirve como respaldo en caso de que la otra hebra se dañe. En segundo lugar, la estructura de doble hélice se puede envolver alrededor de proteínas llamadas histonas para formar nucleosomas, que luego se pueden enrollar firmemente para formar cromosomas. De esta manera, las cadenas de ADN de hasta 2 pulgadas de largo pueden estar contenidas dentro de estructuras microscópicas en una célula. Una rotura de doble cadena no solo daña ambas copias de la información genética, sino que también interrumpe la continuidad del ADN, haciendo que el cromosoma sea frágil.

En una celda, se estima que hay diez roturas de doble cadena (DSB) por día. La principal fuente de daño son los subproductos metabólicos, como las especies reactivas de oxígeno, y los factores ambientales, como las radiaciones ionizantes. Aunque es menos común, el mal funcionamiento de las enzimas nucleares también puede causar DSB. La falla de enzimas como las topoisomerasas de tipo II, que cortan ambas hebras de ADN y las vuelven a unir mientras desenredan los cromosomas, puede resultar inadvertidamente en DSB. La tensión mecánica en el dúplex de ADN también puede provocar DSB. En los procariotas, la desecación prolongada tensa el ADN, causando DSB.

De los dos mecanismos para la reparación del ADN, la recombinación homóloga depende de la proximidad de una cromátida hermana, lo que ocurre durante las fases S y G2. Debido a esta restricción, en ausencia de un donante de homología, las células tienen que recurrir a la unión de extremos no homólogos (NHEJ), aunque sea mucho menos precisa. Se ha planteado la hipótesis de que la razón por la que los eucariotas superiores pueden permitirse utilizar preferentemente NHEJ para las reparaciones de DSB es que tienen abundante ADN no codificante, lo que permite sustituciones, deleciones o adiciones de nucleótidos sin graves consecuencias.