Un grupo de estudios de la Unicamp demuestra que, además de modular la expresión de genes en modelos de células tumorales, el ácido valproico, usado para tratar epilepsia desde los años ´60, tiene acción en los orígenes del mismo ADN y en proteínas histonas que son parte de la luz polarizada de cristales del valproato de sodio (cromatina).
Los hallazgos son el resultado de un proyecto coordinado por la bióloga Maria Luiza Silveira Mello, con la colaboración de Benedicto de Campos Vidal, en el Departamento de Biología Estructural y Funcional del Instituto de Biología de la Universidad Estadual de Campinas (Unicamp).
El grupo estudió la función del ácido valproico, o valproato de sodio (VPA), durante al menos una década y ha demostrado en el pasado el papel del compuesto en la expresión de genes relacionados con la diabetes en modelos celulares (leer más en: https: // agencia.fapesp.br/23690/).
La interacción con el ADN fue documentada en un artículo publicado en la Revista Internacional de Macromoléculas Biológicas y es parte de un Proyecto Temático apoyado por la FAPESP que estudia los mecanismos de acción del VPA. “Es importante dilucidar los mecanismos de acción del fármaco, ya que abre el camino a nuevas investigaciones farmacológicas”, comenta Mello.
Cambios en las histonas y en el ADN
Mello dice que la acción epigenética del VPA, es decir, su capacidad para influir en la expresión de genes sin cambiar el ADN, ya era ampliamente conocida. “En 2017, investigadores iraníes plantearon la posibilidad de un mecanismo de acción que no fuera sólo epigenético, sino también una interacción directa con la estructura de la histona H1”, dice el científico refiriéndose a una de las proteínas existentes en el núcleo celular.
Las histonas son proteínas que constituyen una parte importante de la cromatina, un complejo de moléculas que transporta el ADN en el núcleo de las células; cuando las células se dividen, el complejo se denomina cromosoma. “Entonces tuvimos la idea de estudiar cómo reaccionaban las histonas y el ADN ante el VPA”, dice Mello.
Para ello, el grupo utilizó moléculas de ADN aisladas, histonas H1 y H3, y VPA, creando mezclas a partir de estos elementos. La interacción entre ellos se analizó mediante microscopía de polarización de alto desempeño y microespectroscopía infrarroja, con equipos previamente cedidos por FAPESP a Campos Vidal.
“Primero, en el microscopio de polarización se analizaron cristales de ADN e histonas aisladas y con VPA, luego sometimos las preparaciones al análisis de infrarrojos”, dice Mello. Este tipo de medición, realizada en un espectroscopio asociado a un microscopio especial, proporciona una firma espectral de la estructura de las moléculas, una especie de registro gráfico de cómo están organizadas.
La firma se visualiza mediante un gráfico, con curvas y picos. “Dependiendo de la frecuencia en la que se ubiquen los picos, están relacionados con ciertos grupos químicos”, explica Mello. Luego, el grupo pudo comparar la organización de las histonas y el ADN en presencia o ausencia de VPA.
“Descubrimos que el VPA puede provocar cambios en la conformación, que es la disposición espacial, de dos de estas histonas, H1 y H3. Además, los hallazgos indicaron cambios en la supraestructura y en el orden molecular del ADN”, continúa Mello. El siguiente paso en el trabajo es confirmar si el efecto también ocurre en células tratadas con VPA in vitro.
Relación con la expresión de genes tumorales
Además de este descubrimiento, como parte del trabajo de maestría de Marina Amorim Rocha, el grupo publicó en diciembre de 2019 en los Scientific Reports, del grupo Nature, otro hallazgo importante sobre la acción epigenética del VPA en cultivos de células HeLa, que son células tumorales derivadas de tumor de cuello uterino humano. El foco de la investigación fue un tipo específico de alteración epigenética, la metilación del ADN.
La metilación se produce cuando en el carbono 5 de la molécula de citosina de base nitrogenada del ADN hay adición de un grupo metilo (CH3). “Cuando esto sucede en el promotor de un gen, se altera el funcionamiento del mismo gen”, explica Mello. Si hubiera metilación a gran escala en el promotor de un gen supresor de tumores, por ejemplo, puede volverse inactivo y dejar de desempeñar su función.
Este proceso puede manipularse de forma pasiva, con la inhibición de una enzima implicada en la metilación, o por una vía activa, descubierta más recientemente. “En este caso, un grupo de enzimas de la familia TET permite que estas citosinas metiladas se transformen en otras moléculas derivadas, hasta completar la desmetilación”, detalla Mello.
En el trabajo de la Unicamp, se observó que, en las células HeLa, el mecanismo que induce el VPA es predominantemente activo, pero no solo eso. “También actúa de forma pasiva y este hallazgo puede instrumentar mejor el conocimiento de quienes se dedican a la fabricación de fármacos con potencial terapéutico”, apunta el biólogo. Es decir, el hecho de que el compuesto reduzca la metilación en este cultivo celular en una fase estacionaria de su ciclo sugiere que, en el futuro, se puede probar como candidato para revertir este proceso en células en las que el proceso de división está parado.
El artículo “Interacciones del valproato de sodio (VPA) con el ADN y las histonas” se puede leer en www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0141813020337168.
El artículo “El valproato de sodio y la 5-aza-2′-desoxicitidina modulan diferencialmente la desmetilación del ADN en células HeLa proliferativas y detenidas en fase G1” está disponible en www.nature.com/articles/s41598-019-54848-x.
Fuente: Agencia FAPESP – Brasil