Un anticonvulsivo puede modificar la conformación del ADN e interactuar con proteínas de los cromosomas

Un grupo de investigadores brasileños demuestra que el ácido valproico, utilizado en el tratamiento de la epilepsia desde la década de 1960, aparte de modular la expresión de genes en modelos de células tumorales, posee una acción sobre los ordenamientos del propio ADN y sobre las proteínas histonas que forman parte de la cromatina

Por Chloé Pinheiro  |  Agência FAPESP – Resultados recientes de estudios realizados con ácido valproico, un medicamento aplicado desde hace décadas en el tratamiento de las convulsiones, indican que esta droga puede interactuar con la conformación del ADN, aparte de regular la expresión génica. 

Estos hallazgos son fruto de un proyecto coordinado por la bióloga Maria Luiza Silveira Mello, con la colaboración de Benedicto de Campos Vidal, en el Departamento de Biología Estructural y Funcional del Instituto de Biología de la Universidad de Campinas (Unicamp), en el estado de São Paulo, Brasil. 

El grupo estudia la función del ácido valproico, el valproato sódico (VPA), desde hace al menos una década, y anteriormente ya había demostrado la actuación del compuesto en la expresión de genes ligados a la diabetes en modelos celulares (lea más en: agencia.fapesp.br/23824). 

La interacción con el ADN se documentó en un artículo publicado en el International Journal of Biological Macromolecules y forma parte de un Proyecto Temático apoyado por la FAPESP en el cual se estudian los mecanismos de acción del VPA. “Es importante dilucidar los mecanismos de acción de esta droga, pues esto abre el camino para la realización de nuevas investigaciones farmacológicas”, comenta Silveira Mello. 

Alteraciones en las histonas y en el ADN

Silveira Mello comenta que la acción epigenética del VPA –es decir, su capacidad de influir sobre la expresión de los genes sin alterar el ADN– ya se conocía ampliamente. “En 2017, investigadores iraníes postularon la posibilidad de que existiera un mecanismo de acción que no fuese únicamente epigenético, sino una interacción directa con la estructura de la histona H1”, comenta el científico, en referencia a una de las proteínas existentes en el núcleo celular. 

Las histonas son proteínas que componen una parte importante de la cromatina, un complejo de moléculas que carga el ADN en el núcleo de las células: cuando las células se encuentran atravesando la etapa de la división, a este complejo se le da el nombre el nombre de cromosoma. “Y fue entonces cuando tuvimos la idea de estudiar de qué manera las histonas y el propio ADN reaccionaban al VPA”, dice Silveira Mello. 

Para ello, el grupo utilizó las moléculas aisladas de ADN, histonas H1 y H3 y VPA, creando mezclas a base de esos elementos. La interacción entre los mismos se analizó mediante microscopía de polarización de alto rendimiento y microespectroscopía de infrarrojo, con aparatos que la FAPESP le había concedido anteriormente a Campos Vidal. 

“Primeramente, se analizaron en el microscopio polarizador cristales de ADN y de las histonas aisladas y con el VPA. Luego sometimos los preparados al análisis con infrarrojo”, comenta Silveira Mello. Este tipo de medición, realizada en un espectroscopio asociado a un microscopio especial, suministra una firma espectral de la estructura de las moléculas, una especie de registro gráfico de cómo están organizadas las mismas. 

Dicha firma se visualiza mediante un gráfico con curvas y picos. “Dependiendo de la frecuencia en la cual se ubican los picos, se los relaciona con determinados agrupamientos químicos”, explica Silveira Mello. Los científicos pudieron entonces comparar la organización de las histonas y del ADN en presencia o en ausencia del VPA. 

“Detectamos que el VPA puede provocar alteraciones en la conformación −que es el ordenamiento espacial− de dos de esas histonas: H1 y H3. Asimismo, estos hallazgos indicaron alteraciones en la supraestructura y en el orden molecular del ADN”, añade Silveira Mello. El próximo paso del trabajo consistirá en confirmar si este efecto se registra también en células tratadas con VPA in vitro. 

La relación con la expresión de genes tumorales

Aparte de este descubrimiento, como parte del trabajo de maestría de Marina Amorim Rocha, el grupo publicó en diciembre de 2019 en Scientific Reports, una revista del grupo Nature, otro hallazgo importante referente a la acción epigenética del VPA en cultivos de células HeLa, que son células tumorales derivadas de tumores cervicales humanos [de cuello de útero]. El enfoque de esta investigación recayó sobre un tipo específico de alteración epigenética: la metilación del ADN. 

La metilación sucede cuando se produce un agregado de un grupo metilo (CH3) al carbono 5 de la molécula de la base nitrogenada citosina del ADN. “Cuando esto ocurre en el promotor de un gen, se altera el funcionamiento del propio gen”, explica Silveira Mello. De haber metilación a gran escala en el promotor de un gen supresor de tumores, por ejemplo, el gen puede quedar inactivado y dejar de cumplir su papel.

Este proceso puede manipularse en forma pasiva, mediante la inhibición de una enzima implicada en la metilación, o por una vía activa descubierta más recientemente. “En este último caso, un grupo de enzimas de la familia TET permite que esas citosinas metiladas se transformen en otras moléculas derivadas hasta que culmine la demetilación”, detalla Silveira Mello. 

En el trabajo de la Unicamp, se observó que en las células HeLa el mecanismo que induce el VPA es predominantemente activo, pero no únicamente. “También actúa sobre la vía pasiva, y este hallazgo puede instrumentar mejor el conocimiento de quienes se dedican a la fabricación de drogas con potencial terapéutico”, puntualiza la bióloga. Es decir que el hecho de que el compuesto reduzca la metilación en ese cultivo celular en la etapa estacionaria de su ciclo sugiere que, en el futuro, podría probárselo como un candidato para revertir ese proceso en células en las cuales se encuentre detenido el proceso de división. 

Puede leerse el artículo intitulado Sodium valproate (VPA) interactions with ADN and histones en el siguiente enlace: www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0141813020337168.