Extremos cohesivos

Qué son los extremos cohesivos del ADN

El adjetivo cohesivo procede del latín cohaesus, participio de cohaerēre («estar pegado, adherirse»). En biología molecular se aplica desde los años sesenta del siglo XX a los segmentos de cadena sencilla que permanecen en los extremos de un fragmento de ADN tras un corte enzimático asimétrico. La metáfora es física: esos segmentos tienden a unirse entre sí porque sus bases nitrogenadas son complementarias y forman puentes de hidrógeno según las reglas de apareamiento de Watson y Crick (adenina con timina, citosina con guanina).

Las endonucleasas de restricción de tipo II reconocen secuencias palindrómicas de cuatro a ocho pares de bases y cortan ambas hebras. Cuando el corte se produce en posiciones desplazadas dentro de la secuencia palindrómica, el resultado son dos fragmentos con salientes monocatenarios: esos salientes constituyen los extremos cohesivos. Si, en cambio, el corte ocurre exactamente en el mismo punto de ambas hebras, se generan extremos romos (blunt ends), sin proyección monocatenaria alguna.

Tipos de extremos cohesivos

Según la hebra que sobresalga, se distinguen dos variantes. Un extremo cohesivo 5' presenta la hebra con el fosfato libre más larga que la hebra complementaria; la enzima EcoRI, una de las primeras en ser aisladas y probablemente la más citada en los manuales de genética molecular, genera este tipo de saliente. En un extremo cohesivo 3', la hebra que sobresale es la que porta el hidroxilo libre; la enzima PstI produce extremos con esa configuración.

La diferencia tiene consecuencias prácticas. Los extremos 5' pueden rellenarse con una ADN polimerasa que añada nucleótidos complementarios al saliente, convirtiéndolos en extremos romos si así lo exige el experimento. Los extremos 3', en cambio, requieren una exonucleasa que retire los nucleótidos sobrantes para lograr el mismo resultado. No es una distinción meramente académica: la elección de la enzima de restricción condiciona toda la estrategia de clonación posterior.

Papel en la ingeniería genética

Los extremos cohesivos facilitan la clonación molecular porque permiten unir de manera dirigida un fragmento de ADN de interés con un vector (plásmido, fago o cromosoma artificial). Cuando ambos se cortan con la misma enzima de restricción, sus extremos cohesivos son compatibles y se asocian por complementariedad de bases. La ADN ligasa sella entonces los enlaces fosfodiéster y consolida la unión. El proceso es mucho menos eficiente con extremos romos, ya que la ligación carece de la orientación que proporcionan las secuencias monocatenarias complementarias.

Werner Arber, Daniel Nathans y Hamilton Smith recibieron el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 1978 por el descubrimiento y la aplicación de las enzimas de restricción. Aquel trabajo abrió la puerta a la tecnología del ADN recombinante y, con ella, a la producción de proteínas terapéuticas, la secuenciación genómica y el diagnóstico molecular.

Preguntas frecuentes

¿Por qué se llaman «pegajosos»?

Porque los salientes monocatenarios se adhieren espontáneamente a cualquier fragmento que posea la secuencia complementaria. Las bases expuestas forman puentes de hidrógeno con rapidez, incluso sin intervención enzimática, lo que da una impresión de adherencia molecular. El término inglés sticky ends, acuñado en los laboratorios de biología molecular de los años sesenta, recoge esa imagen.

¿Puede un extremo cohesivo unirse a otro generado por una enzima diferente?

Sí, siempre que ambas enzimas generen salientes con la misma secuencia monocatenaria. Estas enzimas se denominan isoesquizómeros compatibles. BamHI y BglII, por ejemplo, dejan extremos cohesivos que pueden hibridar entre sí, aunque reconocen dianas palindrómicas distintas. La unión resultante, sin embargo, destruye ambos sitios de reconocimiento originales.

¿Los extremos romos no sirven para clonar?

Sirven, pero con menor eficiencia. La ligación de extremos romos requiere concentraciones más altas de ligasa y tiempos de incubación más prolongados. Se recurre a ellos cuando no se dispone de enzimas de restricción que generen extremos cohesivos compatibles, o cuando se trabaja con ADN fragmentado por métodos mecánicos que no producen cortes enzimáticos específicos.

Referencias

1. MedlinePlus. Ingeniería genética. Enciclopedia médica. National Library of Medicine. Disponible en: https://medlineplus.gov/spanish/ency/article/002048.htm
2. National Human Genome Research Institute (NHGRI). Enzima de restricción. Glosario parlante de términos genómicos y genéticos. Disponible en: https://www.genome.gov/es/genetics-glossary/Enzima-de-restriccion
3. Nobel Prize Outreach. The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1978. NobelPrize.org. Disponible en: https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/1978/summary/
4. Alberts B, Johnson A, Lewis J et al. Molecular Biology of the Cell. 6.ª ed. Nueva York: Garland Science; 2014.