CHAPTER 3: Theoretical framework
3.3 The public sphere
Resulta interesante que el proceso de diferenciación neuronal se asocie a la aparición de lesiones del DNA tan severas como las DDSBs. Además de ser especialmente frecuentes en zonas de diferenciación neural, en células del cortex cerebral se han descrito mecanismos permisivos con DDSBs que retrasan la posible respuesta apoptótica ante su aparición (Gatz et al., 2011), por lo que podría especularse que la generación de roturas de DNA y su reparación estuvieran acopladas con algún paso necesario en el proceso de la neurogénesis.
Estas roturas podrían proceder de la fragmentación del material nuclear inherente al proceso apoptótico de la muerte neural temprana. Sin embargo, en otras oleadas de muerte celular programada características de la formación de la retina, como la relacionada con el proceso de muerte neurotrófica, los focos de reparación son mucho menos frecuentes (Fig 1.8) (Baleriola, 2008, Baleriola et al., 2010), por lo que es posible que la reparación de roturas de DNA durante esta fase del desarrollo tenga una función específica.
De los resultados que hemos presentado en este estudio se deduce que la falta de DNA-PK y Pol interfiere en la viabilidad neural, afectando al proceso de neurogénesis y a la axonogénesis y navegación axonal de las RGCs. Si bien parte de fenotipo axonal de los animales SCID y pol -/- pueden ser consecuencia de un retraso del desarrollo, nuestros datos indican que DNA-PK y Pol intervienen en un proceso autónomo celular, ya que los defectos en la emisión de los axones se mantienen en cultivo, donde la interacción con células vecinas se encuentra minimizada (Figs 4.11-4.14).
El incremento de muerte celular observado en ausencia de las proteínas de reparación DNA- PK y Pol probablemente se relaciona con el incremento de roturas de DNA observado en estos mutantes. Es sin embargo una cuestión abierta cuál puede ser el fenómeno que origine dichas roturas.
Las roturas de algunas regiones cromosómicas frágiles comunes (CFSs) podrían provocar DDSBs en diversos genes neurales que serían susceptibles de reparación por la vía NHEJ (Durkin and Glover, 2007, Palakodeti et al., 2010, Barlow et al., 2013). En concreto, tanto L1CAM como BRAVO, las proteínas de guía axonal en las que hemos detectado alteraciones de distribución en este estudio, están codificadas por genes neurales de gran tamaño, como los afectados por las CFSs y, de hecho, el sitio frágil asociado al cromosoma X, FRAXA, es adyacente al gen de L1CAM (Djabali et al., 1990, Venter et al., 2001, Smith et al., 2006). La asociación entre la ausencia de enzimas de reparación y la alteración de algunas proteínas de guía axonal podría sugerir que en los genes de estas proteínas se acumulen fisiológicamente lesiones en el DNA. En ausencia de ATM también se observan roturas recurrentes de los cromosomas en posiciones concretas, lo que apoya la existencia de este proceso. Sin embargo, hasta el momento no se han descrito CFSs en regiones próximas al gen codificante de BRAVO. Por otra parte, aunque los CFCs podrían estar implicados en parte del fenotipo
observado en nuestros mutantes, no parecen subyacer todas las alteraciones observadas en nuestro sistema: la fractura de las CFSs se suele asociar al proceso de replicación celular, pero en este estudio observamos que la muerte celular afecta más a las células postmitóticas más que a las células proliferativas (Fig. 4. 9). Esto sugiere que las roturas del DNA que afectan a las neuronas tienen un origen distinto del estrés replicativo. O bien hay un tipo de CFCs no relacionados con la replicación, o bien parte de las roturas del DNA presentes en SCID y pol -/- se originan por otro sistema.
Se ha propuesto que las roturas observadas durante la diferenciación neural se produzcan meramente como consecuencia del azar, como resultado de agentes externos y del metabolismo oxidativo propio de las neuronas (Barzilai et al., 2008, Barzilai and McKinnon, 2013). Sin embargo, estas hipótesis no tienen en cuenta por qué la falta de genes implicados en la reparación del DNA por la vía NHEJ comparten un fenotipo drástico centrado en los sistemas inmune y nervioso (Abner and McKinnon, 2004, Boya and de la Rosa, 2005, Frappart and McKinnon, 2008, McKinnon, 2009), no tan evidente en otros tejidos que, al igual que las neuronas, también presentan un metabolismo fundamentalmente oxidativo, como el tejido muscular (Jackson, 2015). La ausencia de DNA–PKcs y de la DNA polimerasa también comparte una afectación preferente de los sistemas nervioso e inmune (Figs. 4.6-4.20, tabla 3.1 y referencias que contiene), lo que corrobora la alta sensibilidad de estos dos sistemas a la falta de proteínas de reparación de roturas del DNA (Gao et al., 1998, Abner and McKinnon, 2004, Boya and de la Rosa, 2005) e indica que durante el desarrollo el sistema nervioso e inmune podrían compartir un proceso específico común a ambos.
Como se comentó en la introducción, DNA–PKcs es una enzima que participa en numerosos procesos celulares, por lo que no es fácil inferir cual de ellos puede alterarse en su ausencia. Sin embargo, el papel más específico de la DNA-polimerasa puede proporcionar indicios de los procesos afectados por la falta de reparación. La alteración simultánea de los sistemas nervioso e inmune parece indicar que, en estos tejidos, esta polimerasa está realizando una función que Pol no es capaz de suplir. Una opción sería que en el sistema nervioso se produjera un incremento selectivo del tipo de roturas que la DNA polimerasa no es capaz de procesar, las DDSBs carentes de microhomologías (Nick McElhinny et al., 2005, Bertocci et al., 2006), lo que implicaría que algún mecanismo estaría facilitando la aparición de esta clase de roturas. Este tipo de extremos es característico (aunque no exclusivo) de actividad endonucleasa del complejo RAG-1,2 (Helmink and Sleckman, 2012, Nishana and Raghavan, 2012), por lo que nos planteamos si en el sistema nervioso podría observarse también alguna coordinación entre la posible generación de roturas por RAG-1,2 y la reparación de las mismas por NHEJ.