Telómeros. Créditos: Fundación Nobel/ El Mundo.

El premio Nobel de Medicina este año ha sido concedido a los biólogos estadounidenses Elizabeth Blackburn, Carol Greider y Jack Szostak, quienes con sus investigaciones sentaron bases terapéuticas contra el envejecimiento y el cáncer.

Con sus descubrimientos pudieron resolver uno de los grandes misterios que tenía la biología: ¿Cómo las cromosomas pueden copiarse de forma completa y de que forma están protegidos contra la degradación? Tal respuesta se encuentra en los extremos de los cromosomas, llamados telómeros y en la enzima telomerasa.

Sabemos que la información genética se encuentra contenida en genes y estos a su vez dentro dentro de cromosomas, donde los telómeros están en los extremos de los cromosomas. Elizabeth Blackburn y Jack Szostak descubrieron que una secuencia única de ADN en los telómeros protegía los cromosomas de la degradación. Carol Greider y Elizabeth Blackburn identificaron la telomerasa, una enzima que producen los telómeros. Estos descubrimientos explican cómo los extremos de los cromosomas están protegidos por los telómeros y que estos son constituidos por telomerasa.

Conforme las células envejecen los telómeros se hacen cada vez más cortos. Por el contrario, si la actividad de la telomerasa es alta, la longitud de los telómeros se mantiene y el envejecimiento celular se retrasa. Este último caso es el que sucede con las células cancerosas, las cuales no envejecen. Ciertas enfermedades hereditarios, en cambio, poseen telomerasa defectuosa, resultando así células dañadas. El Premio Nobel de Medicina 2009 reconoce el descubrimiento de un mecanismo fundamental en la célula, un descubrimiento que ha propiciado el desarrollo de nuevas terapias.

Los misteriosos telómeros

Los cromosomas contienen nuestro genoma contenido en el ADN. Ya en la década de 1930 los científicos Hermann Muller (Premio Nobel de 1946) y Barbara McClintock (Premio Nobel de 1983) habían observado que en los extremos de los cromosomas había una estructura (telómeros) que parecía impedir que los cromosomas se unieran. En ese momento se supuso que los telómeros realizaban una función de protección, pero su funcionamiento siguió siendo desconocido.

Conforme la investigación avanzo se fue descubriendo en la década de 1950 como los cromosomas se copiaban, pero otro enigma se presentó. Cuando la célula estaba a punto de dividirse, las moléculas de ADN, que contienen las cuatro bases del código genético (Citosina, Adenina, Timina y Guanina), se copiaban, base por base por las enzimas polimerasas del ADN. Sin embargo para una de las helices del ADN, surgía un problema, no era copiada. Por lo tanto los cromosomas en cada copia se acortaban.

El ADN de los telomeros protege los cromosomas

Durante la fase inicial de la investigación, Elizabeth Blackburn secuencio las bases del ADN Cuando estudiaba los cromosomas de Tetrahymena, un organismo unicelular ciliado, identifico una secuencia de ADN que se repetía varias veces en los extremos de los cromosomas. La función de esta secuencia, CCCCAA, no se conocía. Tiempo después, Jack Szostak observo en una molécula de ADN lineal, un tipo de minicromosoma, que rápidamente se degradaba cuando se introducía en células de levadura.

Blackburn presento sus resultados en una conferencia de 1980, hecho que atrajo el interés de Szostak, lo que permitió que ambos empezaran a desarrollar una investigación en conjunto. A partir del ADN de Tetrahymena, se extrajo la secuencia CCCCAA, la cual fue colocada con los minicromosomas y puestas de nuevo en células de levadura. Los resultados de su investigación fueron publicados en 1982, confirmando que la secuencia protegía a los minicromosomas de la degradación. Dado que los telómeros procedían de Tetrahymena y protegían los cromosomas de una especie distinta, debía existir un mecanismo previo que actuara en las especies. Más adelante se confirmo que los telómeros encontraban en cromosomas que iban desde amebas hasta el ser humano.

Una enzima que producen los telómeros

Carol Greider, quien ese tiempo, era un estudiante de posgrado, bajo la tutela de Blackburn comenzó a investigar si la formación del ADN de los telómeros se debía a una enzima desconocida. En la navidad de 1984 Greider identifico signos de actividad física en una célula. Greider y Blackburn designaron a tal enzima como telomerasa y descubrieron más adelante que estaba conformada por ARN y proteínas. La secuencia de ARN se confirmo era CCCCAA. La telomerasa se extiende sobre el ADN de los télomeros proporcionando una plataforma mediante la cual el ADN polimerasa podía copiar toda la cadena de ADN, sin perder la parte final.

Los telómeros y su papel en el envejecimiento de la célula

Actualmente, los científicos se dedican a la investigación de los papeles que pueden tener los telómeros en las células. Szostak y su equipo identificó células de levadura con mutaciones que poseían reducciones notables en los telómeros. Tales células crecieron poco y dejaron de dividirse al poco tiempo. El equipo de Blackburn comenzó a investigar mutaciones en el ARN de la telomerasa y observaron resultados similares en Tetrahymena. En ambos casos se producía un envejeciemiento prematuro, en contraste con los telóemros normales que retrasaban el enevejecimiento y protegían de la degradación. Más tarde el grupo de Greider manifesto que el envejecimiento en células humanas también estaba determinada por los telómeros. La investigación en esta área ha sido inmenso y se sabe actualmente que la secuencia de ADN en los telómeros atrae proteínas que se fijan a los extremos frágiles de ADN.

Una pieza importante en el envejecimiento, cáncer y en las células madres

Los descubrimientos en telómeros y en la enzima telomerasa han tenido una notable repercusión en la comunidad científica. Algunos científicos especulan que el acortamiento de los telómeros determinan el envejecimeinto de las células y también el de los seres vivos. Sin embargo el envejecimiento es un proceso complejo donde interactúan diversos factores, siendo los telómeros uno de ellos. Sin embargo la investigación continua.

La mayoría de las células normales no se dividen con frecuencia, por lo tanto sus cromosomas no están en riesgo de acortarse y no requieren alta actividad de la telomerasa. En contraste, las células de cáncer tienen la capacidad de dividirse de forma sucesiva y al mismo tiempo preservar sus telómeros ¿Cómo evitan el envejecimiento celular? Una explicación se hizo evidente con la conclusión de que las células de cáncer suelen tener mayor actividad de la telomerasa. Por lo tanto, se propuso que el cáncer puede ser tratado mediante la erradicación de la telomerasa. Varios estudios se están realizando en este ámbito, incluidos los ensayos clínicos que evalúan las vacunas dirigidas contra las células con actividad de la telomerasa elevada.

Algunas enfermedades hereditarias se sabe son ser causadas por defectos de la telomerasa, incluidos ciertos tipos de anemia aplásica congénita, en la que las divisiones celulares insuficientes en las células madre de la médula ósea conducen a la anemia grave. Ciertas enfermedades hereditarias de la piel y los pulmones también son causados por defectos de la telomerasa.

En conclusión, los descubrimientos de Blackburn, Greider y Szostak ha añadido una nueva dimensión a nuestra comprensión de la célula, arrojando luz sobre los mecanismos de la enfermedad y estimulando el desarrollo del potencial de las nuevas terapias.