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En raras ocasiones, sus bloques básicos “se sacuden y retuercen” deformando la familiar doble hélice en una forma distinta.

“Demostramos que la doble hélice simple del ADN tiene formas alternativas – durante un uno por ciento del tiempo – y que esta forma alternativa es funcional”, dice Hashim M. Al-Hashimi, que es Profesor Robert L. Kuczkowski de Química y Profesor de Biofísica en la UM. “Juntos, estos datos sugieren que hay múltiples capas de información almacenada en el código genético”. Los hallazgos se publicaron on-line el 26 de enero en la revista Nature.

Se ha sabido desde hace tiempo que la molécula de ADN puede curvarse y doblarse, de forma similar a una escala de cuerda, pero a través de estos giros sus bloques básicos – conocidos como bases – permanecen emparejados de la misma forma que describieron originalmente James Watson y Francis Crick, que propusieron la estructura de escalera espiral en 1953. Adaptando la tecnología de Resonancia Magnética Nuclear (RMN), el grupo de Al-Hashimi fue capaz de observar formas alternativas transitorias en las que algunos escalones de la escalera se salían y volvían a ensamblar en estructuras estables distintas a los pares de bases típicos de Watson-Crick.

La cuestión era, ¿cuáles eran estas estructuras alternativas estables?

“Usando la RMN, fuimos capaces de acceder al desplazamiento químico de esta forma alternativa”, dice la estudiante de graduado Evgenia Nikolova. “Estos desplazamientos químicos son como huellas dactilares que nos hablan de la estructura”. A través de un cuidadoso análisis, Nikolova se dio cuenta de que las “huellas” tenían una orientación típica en la cual ciertas bases estaban giradas 180 grados.

“Es como tomar la mitad de un escalón y darle la vuelta de forma que la cara opuesta apunte hacia arriba”, dice Al-Hashimi. “Si haces esto, aún puedes poner las dos mitades del escalón juntas, pero ya no tienes un par de bases de Watson-Crick; es algo conocido como par de bases Hoogsteen”.

“Usando un modelado computacional, validamos que las bases individuales pueden girar dentro de la doble hélice para lograr estos pares de bases Hoogsteen”, dice Ioan Andricioaei, profesor asociado de química en la Universidad de California en Irvine.

Los pares de bases Hoogsteen habían sido observados anteriormente en ADN de doble hebra, pero sólo cuando la molécula está ligada a proteínas o medicamentos o cuando el ADN está dañado. El nuevo estudio muestra que bajo circunstancias normales, sin influencia exterior, ciertas secciones del ADN tienden a cambiar brevemente hacia la estructura alternativa, en lo que se conoce como “estado excitado”.

Estudios anteriores de la estructura del ADN dependían principalmente de técnicas tales como los rayos-X y la RMN convencional, que no puede detectar unos cambios estructurales tan fugaces o raros.

“Estos métodos no capturan las formas estructurales alternativas del ADN que pueden existir durante apenas un milisegundo, o en muy poca abundancia, como un 1% de los casos”, comenta Al-Hashimi. “Aprovechamos los métodos de la nueva solución de RMN que se habían usado anteriormente para estudiar las extrañas deformaciones en proteínas y lo adaptamos de forma que pudiesen usarse para estudiar estados raros en ácidos nucleicos. Ahora que tenemos las herramientas adecuadas para observar estos estados excitados, podemos encontrar otros estados de vida corta en el ADN y ARN”.

Debido a las interacciones entre el ADN y las proteínas se cree que están dirigidas tanto por la secuencia de bases como por los pliegues de la molécula, estos estados excitados representan un nivel de información completamente nuevo contenido en el código genético, señala Al-Hashimi.

Además de Al-Hashimi, Nikolova y Andricioaei, los autores del artículo son la estudiante no graduada Abigail Wise y el profesor asistente e química Patrick O’Brien de la UM y la investigadora de posdoctorado Eunae Kim de la Universidad de California en Irvine.

Los investigadores recibieron fondos de la Fundación Nacional de Ciencia, el Instituto Nacional de Salud y la Universidad de Michigan.