Recombinación del DNA

Un término con dos sentidos que conviene no mezclar

La expresión "recombinación del ADN" se emplea a veces, de forma coloquial, como sinónimo de la tecnología del ADN recombinante que sustenta la ingeniería genética moderna. Ese uso tiene su propio desarrollo en la entrada dedicada a esa tecnología. Aquí se trata el sentido estricto y biológico del término: un proceso natural, sin intervención de laboratorio, que la célula pone en marcha para corregir un daño concreto en su ADN. Para la clasificación general de los mecanismos de recombinación y sus demás contextos biológicos, como la meiosis o la diversidad de anticuerpos, la entrada dedicada a la recombinación desarrolla el panorama completo.

El modelo de reparación por rotura de doble cadena

En 1983, Jack Szostak, Terry Orr-Weaver, Rodney Rothstein y Franklin Stahl publicaron en la revista Cell un modelo que ajustaba el esquema original de Robin Holliday, formulado en 1964, a un caso concreto: la reparación de una rotura que afecta a ambas cadenas del ADN a la vez, y no solo a una. Su propuesta, conocida como modelo de reparación por rotura de doble cadena, es hoy la explicación de referencia para este tipo de recombinación, aunque conserva del modelo de Holliday la idea central de la invasión de cadena y la formación de una unión de cuatro brazos.

Las fases del proceso

Todo empieza con la resección de los extremos rotos: unas nucleasas recortan selectivamente una de las dos cadenas en cada extremo y dejan colas de ADN de cadena sencilla expuestas. Sobre esas colas se ensambla un filamento de la proteína Rad51, el homólogo eucariota de la bacteriana RecA, que recorre el resto del genoma buscando una secuencia idéntica o casi idéntica a la suya.

Cuando la encuentra, invade la doble hélice homóloga y desplaza una de sus cadenas, formando una estructura en forma de lazo que los biólogos moleculares llaman bucle D. Desde ahí, una ADN polimerasa copia la información perdida usando como molde la cadena intacta de la cromátida hermana. El último paso, la resolución, vuelve a separar las dos moléculas de ADN implicadas, con intercambio de los brazos flanqueantes o sin él, según qué vía de resolución intervenga.

Por qué ocurre solo en ciertas fases del ciclo celular

Este mecanismo exige una plantilla homóloga disponible, y la copia más fiable de un cromosoma es su propia cromátida hermana, recién duplicada. La reparación por recombinación homóloga se concentra, por eso, en las fases S y G2 del ciclo celular, cuando esa copia existe. En G1, antes de la duplicación, la célula depende casi por completo de la unión de extremos no homólogos: más rápida, también más propensa al error, y descrita junto al resto de mecanismos de recombinación en la entrada general del diccionario.

Preguntas frecuentes

¿Es lo mismo que la tecnología del ADN recombinante?

No. Este proceso ocurre de forma espontánea dentro de la célula, sin intervención humana. La tecnología del ADN recombinante se desarrolla en una entrada distinta de este diccionario.

¿Qué es el bucle D?

La estructura que se forma cuando la cadena rota invade la doble hélice homóloga y desplaza temporalmente una de sus dos cadenas para emparejarse con la otra. Sirve de plataforma para que la ADN polimerasa copie la secuencia que falta.

¿Por qué no usa siempre este mecanismo la célula, si es el más fiel?

Porque necesita una plantilla homóloga, y esa plantilla solo está garantizada tras la duplicación del ADN, en las fases S y G2. Fuera de esa ventana, la célula recurre a la unión de extremos no homólogos.

¿De qué año es el modelo que se usa hoy para explicar la reparación?

De 1983, cuando Szostak, Orr-Weaver, Rothstein y Stahl lo publicaron en Cell. Sustituyó, para el caso concreto de la reparación, al modelo original que Holliday había propuesto casi veinte años antes.

Referencias

1. West SC. Happy Hollidays: 40th anniversary of the Holliday junction. Nature Reviews Molecular Cell Biology.
2. Fundación Instituto Roche. Edición génica o genómica. Glosario de Genética.
3. Baumann P, West SC. Role of the human RAD51 protein in homologous recombination and double-stranded-break repair. PubMed, National Library of Medicine.
4. National Human Genome Research Institute. Recombinación homóloga. Glosario hablado de genética.