Ciencia y salud

Por José Antonio Lozano Teruel

ADN mitocondrial

Puede ser que Saddam Hussein Ad-Tikriti haya muerto víctima de los bombardeos americanos. El próximo día 26 de abril ha sido declarado en Estados Unidos Día Nacional del ADN gracias a una propuesta realizada por el NHGRI (National Human Genome Research Institute). Hace unos 20 años Rosa era una de las estudiantes de mis clases de Bioquímica en la Facultad de Medicina de Murcia. Hace 50 años Watson y Crick mostraban su célebre modelo helicoidal del ADN. Un hermanastro de Saddam Husseim ha sido hecho prisionero. Esta semana se ha anunciado que se ha completado totalmente la secuencia del Genoma Humano.

¿Cuál es el nexo de unión de todo lo anterior?. El ADN o ácido desoxirribonucleico. Sólo 50 años tras descubrirse su estructura la revolución genómica es una realidad que afecta o afectará a todas las esferas de la humanidad. Y, dentro del ADN, una forma particular del mismo, el ADN mitocondrial posee unas particularidades que vamos a comentar, para contestar a una amable comunicación que hace unos días me remitió Rosa, aquella alumna de Medicina de hace 20 años, en la que me indicaba: "Estoy interesada en las mitocondrias y su ADN. ¿Fueron parásitos intracelulares?. Este ADN, ¿es una "unión invisible" entre la madre y sus hijos?".

MITOCONDRIAS. No le falta razón a nuestra amable comunicante. Hasta hace relativamente poco tiempo el interés por las mitocondrias estaba restringido a unos pocos expertos en áreas biológicas concretas. Sin embargo, actualmente estos orgánulos celulares poseen un altísimo protagonismo biomédico. En parte ello se debe a su papel esencial energético en el metabolismo celular. En ellas se asientan procesos tan imprescindibles para la vida como son la cadena respiratoria y la obtención de la energía metabólica, el ATP, mediante la fosforilación oxidativa.

Pero, tanto o más que por ello, se debe a que las mitocondrias, al igual que los núcleos celulares, aunque de forma más modesta, también poseen un material genético específico, ADN, así como la maquinaria bioquímica capaz de sintetizar proteínas (ácidos ribonucleicos y ribososomas). Y ese ADN mitocondrial es una gran fuente de información e investigación. Por ejemplo, el ADN mitocondrial es un marcador de gran fiabilidad para la ciencia forense, por su valor como marcador en la identificación de personas o el esclarecimiento de relaciones de parentesco, ya que se hereda exclusivamente por vía materna, es decir, que la madre transmite a todos sus hijos e hijas su ADN mitocondrial mientras que el ADN mitocondrial del padre no pasa a la descendencia. Por ello Saddam Husseim y su hermanastro (hijos de diferente padre, pero de la misma madre) han que poseer un idéntico ADN mitocondrial, que sería reconocible mediante las técnicas modernas de la Biología molecular en muestras de ambos, vivos o muertos. Ello es extrapolable a otras aplicaciones forenses y a la antropología molecular para el estudio de la evolución humana, los flujos migratorios, etc.

PATOLOGÍAS. Cada día se van conociendo un mayor número, decenas, de enfermedades metabólicas mitocondriales ocasionadas por modificaciones puntuales (mutaciones) de alguna de las bases de la secuencia del ADN mitocondrial. También son abundantes las reordenaciones genéticas más amplias, con eliminaciones o inserciones de fragmentos de ADN de distinto tamaño. El conocimiento de este último fenómeno podría ser interesante en relación con la solución de problemas que permitieran algunas futuras aplicaciones de la terapia génica.

Otro hecho de interés es el de las estrechas relaciones, cada vez más conocidas, entre las alteraciones del ADN mitocondrial y patologías tan importantes como son el cáncer y las enfermedades neurodegenerativas. En relación con el cáncer una de las razones principales se debe al papel esencial que juegan las mitocondrias en el fenómeno de la apoptosis, muerte programada o suicidio celular, que impide en condiciones normales el desarrollo de tumores, tema del que nos hemos ocupado en ocasiones anteriores. Algo parecido sucede con los procesos degenerativos en general, no solo con los neurodegenerativos, sino con el envejecimiento, por ejemplo.

Aunque en muchas ocasiones aún no estamos en situación de establecer la exacta relación causa-efecto, lo que es indudable es la estrecha conexión existente entre alteraciones del ADN mitocondrial y los procesos degenerativos.

ADN MITOCONDRIAL. Nuestros 23 pares de cromosomas nucleares suman unas secuencias con un total de 6.000 millones de pares de bases (G)uanina-(C)itosina y (A)denina-(T)imina, de modo que el tamaño medio del ADN lineal que constituye un cromosoma humano es de unos 130 millones de pares de bases y, también por término medio, a cada par de cromosomas homólogos le corresponderían entre 1500 y 2000 genes.

Por el contrario, el genoma humano mitocondrial consiste en un solo cromosoma, dotado de una molécula cerrada circular de dos hebras de ADN enrolladas entre sí. Su tamaño es pequeño, aproximadamente 8000 veces menor que el tamaño medio del ADN de un cromosoma nuclear. Sin embargo, mientras que una célula solo posee una copia del ADN de un determinado cromosoma individual, una mitocondria puede tener varias del ADN mitocondrial y en una célula suelen haber varios cientos de mitocondrias. Ello significa que el número de copias del ADN circular mitocondrial en cada célula es de varios miles.

Los genes del ADN mitocondrial se distribuyen entre sus dos cadenas. Cuenta con un total de 37 genes de los que la mayor parte han de usarse para la maquinaria de síntesis de proteínas: 22 para ARN de transferencia, activadores de los aminoácidos que se han de ensamblar como proteínas y 2 para los ARN ribosomales. Por tanto, solo restan 13 genes que sirven para codificar ARN mensajeros y, por tanto, a 13 proteínas. Estas proteínas suelen ser subunidades de enzimas o de componentes proteicos mitocondriales de gran importancia, como son varias subunidades de la enzima NADH deshidrogenasa (esencial para que transcurra el proceso redox en el inicio de la cadena respiratoria); moléculas de citocromo b, componente primordial de la parte media de esa cadena; diversas subunidades de citocromo oxidasa (porción final de la cadena respiratoria) y dos subunidades de la enzima ATPasa, responsable de la obtención de la energía metabólica ATP.

¿Qué sucede con el ADN mitocondrial en los organismos clonados?. Debido a que en las técnicas de clonación convencionales el núcleo procede de una célula y las mitocondrias pertenecen a la célula receptora ello significa que el organismo resultante, en sentido estricto, no es totalmente clónico respecto al dador del núcleo: sus mitocondrias son diferentes. Sin embargo, si son clónicos entre sí los hermanos gemelos univitelinos, procedentes de una misma madre y de células embrionarias idénticas.