Función del gen: Se descubren los mecanismos moleculares que regulan la expresión de los genes (1958-1963)

 

 

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1958

•  Concesión del Premio Nobel a George Wells Beadle y Edward Lawrie Tatum "for their discovery that genes act by regulating definite chemical events" ; a Joshua Lederberg "for his discoveries concerning genetic recombination and the organization of the genetic material of bacteria" , y a Frederick Sanger "for his work on the structure of proteins, especially that of insulin".

•  M. Meselson y F. W. Stahl demuestran la replicación semiconservativa del DNA de Escherichia coli (1). Un año antes, el grupo de J. H. Taylor la había demostrado analizando por autorradiografía los cromosomas de haba, Vicia faba, marcados radiactivamente (2). En 1961, M. Meselson y J. J. Weigle demuestran la replicación semiconservativa del DNA del fago l (3) .

•  Inmediatamente después de que se publica la estructura secundaria del DNA se suscita la pregunta sobre el mecanismo por el que la secuencia de nucleótidos del DNA se traduce a la secuencia de aminoácidos de la proteína. Se debe al físico G. Gamow la propuesta de que el DNA sirve de molde para el ensamblaje de los aminoácidos que constituyen la proteína (4). Sin embargo, es F. H. C. Crick quien, a partir de esta primera idea, elabora todo un entramado conceptual que abre el camino para el desciframiento del código genético. Pronto se acepta la idea de que debe existir una relación entre la ordenación lineal de los nucleótidos en el ácido nucleico y la ordenación de los aminoácidos en la proteína (5). Este concepto de “colinearidad” no se demuestra de forma clara hasta mediados de los años 60 a raíz de los estudios realizados principalmente por C. Yanofsky . Otra de las ideas brillantes de F. H. C. Crick es la hipótesis de la “molécula adaptadora”, en la que se sugiere la existencia de moléculas, posiblemente RNAs, que sirven de transportadores de los aminoácidos al ácido nucleico que se utiliza como molde en la síntesis de la proteína. Muy pronto se comprueba que estas “moléculas adaptadoras” corresponden a unos RNAs aislados por M. B. Hoagland en el laboratorio de P. C. Zamecnik , denominados RNAs de transferencia a raíz de establecerse su función por F. Chapeville, estudiante posdoctoral trabajando en el laboratorio de F. Lipmann (6-10). Se debe al grupo de P. Berg, el aislamiento y caracterización de las enzimas responsables de unir los aminoácidos a los tRNAs correspondientes (11), y al grupo de F. Lipmann el descubrimiento, en 1966, de los factores proteicos implicados en la unión de los aminoacyl-tRNAs al ribosoma y de su translocación (12).

 

1959

•  Concesión del Premio Nobel a Severo Ochoa y Arthur Kornberg "for their discovery of the mechanisms in the biological synthesis of ribonucleic acid and deoxyribonucleic acid" .

•  J. Marmur y colaboradores, en el laboratorio de P. Doty, demuestran la separación de las cadenas de DNA o “desnaturalización”, midiendo los cambios que se producen en la absorbancia de una disolución de DNA incubada a diferentes temperaturas o en álcali. Midiendo la temperatura de desnaturalización de un DNA infieren la composición en bases del mismo. También observan la “renaturalización” de las cadenas monocatenarias para formar de nuevo el DNA bicatenario. El fenómeno de “renaturalización” de DNA, o en el sentido más amplio de “hibridación” entre ácidos nucleicos complementarios, ha tenido una enorme importancia práctica para el análisis de los ácidos nucleicos. (1-6)

•  R. L. Sinsheimer , procedente de la escuela de M. Delbrück , describe por primera vez un DNA monocatenario que constituye el genoma del bacteriófago fiX174. En estudios posteriores, este mismo grupo demuestra que es una molécula circular. (7-9)

•  A. B. Pardee , F. Jacob y J. Monod sugieren la existencia del “represor” que regula la expresión de los genes implicados en el metabolismo de la lactosa en E. coli, al interpretar los resultados obtenidos en experimentos de conjugación bacteriana, utilizando mutantes que tienen afectada la ruta de fermentación de este azúcar y que habían sido aislados en los años 40 por J. Lederberg (10, 11). En 1966 W. Gilbert y B. Müller-Hill purifican bioquímicamente este represor (12), confirmándose que es una proteína que interacciona con el inductor y con la secuencia reguladora denominada “operador”, cuya existencia también fue postulada por F. Jacob y J. Monod en 1961 al enunciar su teoría del “operón”. La estructura cristalina del represor interaccionando con el inductor o con el DNA se establece en los años 90 (13-14).

•  J. Lejeune y colaboradores descubren la primera anomalía cromosómica en humanos al analizar los cromosomas de niños con síndrome de Down (15). En los meses siguientes se descubren otras anomalías cromosómicas responsables del síndrome de Turner en mujeres con un único cromosoma X, o del síndrome de Klinefelter en hombres con un cromosoma X adicional.

 

1960

•  Los primeros intentos para descifrar el Código Genético se deben a H. G. Wittmann, A. Tsugita y H. Fraenkel-Conrat interpretando los cambios de aminoácidos que aparecen en la proteína de la cubierta de mutantes del virus del mosaico del tabaco sobre la base del mecanismo de acción del mutágeno usado. Por su parte, F. C. H. Crick y S. Brenner, usando mutantes del fago T4 en la región rII, sugieren que la lectura del mensaje genético se hace leyendo los nucleótidos de tres en tres y que existen señales de inicio y de terminación de la misma. El grupo de S. Brenner identifica en 1965 dos de estas señales de terminación utilizando mutantes supresores sin sentido (1-4). El desciframiento bioquímico del Código Genético se acelera en 1961 a raíz de que M. W. Niremberg decide utilizar la polinucleótido fosforilasa, descubierta en el laboratorio de S. Ochoa, para sintetizar RNAs que son usados como mensajeros en sistemas de traducción in vitro. La utilización de estos RNAs de secuencia desconocida en los laboratorios de M. W. Niremberg y S. Ochoa, así como el ensayo de fijación del aminoacil-tRNA al ribosoma en el laboratorio de M. W. Niremberg y, finalmente, el uso de RNAs de secuencia conocida preparados por el grupo de H. G. Khorana, permiten tener todos los codones descifrados hacia 1966 (5-10). En este mismo año, F. H. C. Crick sugiere la hipótesis del “balanceo” para explicar que un tRNA puede reconocer varios codones sinónimos (11).

•  S. Weiss , J. Hurwitz y A. Stevens descubren la RNA polimerasa, o enzima responsable de la síntesis de RNA, en extractos de bacterias y de células eucarióticas, casi al mismo tiempo (12-16). Se abren las puertas para estudiar molecularmente el proceso de transcripción. Poco tiempo después se demuestra que la subunidad sigma es una proteína requerida específicamente para la iniciación que interacciona transitoriamente con el núcleo básico de la RNA polimerasa (17). También se descubre un factor implicado en la terminación de la transcripción (18). Por otra parte, se identifican tres RNA polimerasas en el núcleo de las células eucarióticas, con una composición en subunidades compleja pero manteniendo una estructura significativamente conservada con la de la RNA polimerasa bacteriana.

 

1961

•  F. Jacob y J. Monod postulan que la secuencia de nucleótidos del DNA se transcribe a una secuencia de nucleótidos complementaria originando una molécula de RNA “mensajero”, descartándose la idea de que el RNA presente en el ribosoma sirva de molde para la síntesis de la proteína. Casi simultáneamente a la formulación de esta hipótesis, S. Brenner , F. Jacob , y M. Meselson encuentran el RNA mensajero asociado a los ribosomas de bacterias infectadas con el fago T4, y el grupo de J. D. Watson en bacterias no infectadas (1, 2). El desarrollo posterior de las técnicas de hibridación de ácidos nucleicos, en el laboratorio de S. Spiegelman , así como de métodos de separación de las cadenas de DNAs virales por el grupo de W. Szybalsky, demuestran que sólo una de las cadenas del DNA sirve de molde en la transcripción (3-5).

•  F. Jacob y J. Monod formulan su hipótesis sobre el operón o unidad genética de expresión coordinada. Postulan que los tres genes estructurales implicados en el metabolismo de la lactosa en E. coli están agrupados, y su expresión coordinada está regulada por una secuencia denominada “operador”, que es el sitio de unión del “represor” cuya existencia habían sugerido en 1959 (6). La secuencia del “operador” es descrita en 1973 por W. Gilbert y A. Maxam (7, 8). Así mismo, F. Jacob y J. Monod sugieren la existencia de otra secuencia reguladora, denominada “promotor” que sería el sitio de interacción de la RNA polimerasa para iniciar la transcripción del DNA (6). Este modelo, basado esencialmente en el brillante análisis genético realizado por estos científicos, tiene una enorme influencia en el pensamiento de la Genética Molecular, condicionando los estudios moleculares posteriores sobre el mecanismo de regulación transcripcional en procariotas y eucariotas.

•  S. Sorieul y B. Ephrussi descubren la fusión espontánea de células somáticas en cultivo y formación de células híbridas. En 1967 M. Weiss y H. Green descubren que las células híbridas de ratón y humano pierden paulatinamente los cromosomas humanos, obteniéndose al final clones con un único cromosoma humano o parte del mismo. La utilización de este tipo de células por varios grupos de investigación, como el de F. H. Ruddle, ha constituido un abordaje experimental muy fructífero para localizar numerosos genes en los cromosomas humanos. (9-14)

•  M. F. Lyon sugiere la inactivación aleatoria de uno de los dos cromosomas X en hembras de ratones (15). El mecanismo molecular de esta inactivación cromosómica empieza a descifrarse a finales de los años 90 (16).

 

1962

•  Concesión del Premio Nobel a Francis Harry Compton Crick , James Dewey Watson y Maurice Hugh Frederick Wilkins "for their discoveries concerning the molecular structure of nucleic acids and its significance for information transfer in living material"; y a Max Ferdinand Perutz y John Cowdery Kendrew "for their studies of the structures of globular proteins".

•  El papel del nucleolo en la biosíntesis de los ribosomas, que había sido descubierto por B. McClintock en el maíz en 1934 (1), queda definitivamente establecido en esta década, gracias a los trabajos bioquímicos de R. P. Perry (2) y al uso de mutantes de Xenopus y Drosophila por los grupos de J. B. Gurdon y M. L. Birnstiel, principalmente (3-5). La transcripción de los genes del RNA ribosómico presentes en el nucleolo de Xenopus se visualiza a través del microscopio electrónico en forma de un sorprendente “arbol de Navidad” (6).

 

1963

•  J. Cairns visualiza por primera vez el DNA de E. coli replicando (1, 2). Se comprueba que es una molécula bicatenaria circular. Se confirma el mapa genético circular del DNA de E. coli deducido años antes en experimentos de conjugación bacteriana.

•  A. P. Nygaard y B. D. Hall publican el método de hibridación de ácidos nucleicos previa fijación del DNA monocatenario a filtros de nitrocelulosa y, poco después, D. T. Denhardt y el grupo de S. Spiegelman demuestran su enorme sensibilidad si se utilizan sondas radiactivas apropiadas (3-5). Este método, así como las variantes del mismo introducidas por varios investigadores, como por ejemplo en 1975 por E. M. Southern o D. S. Hogness, ha sido clave en el análisis y manipulación de los ácidos nucleicos.

•  El grupo de A. D. Hershey , y posteriormente el de A. D. Kaiser, demuestran la existencia de extremos complementarios monocatenarios en el DNA del fago lambda y su implicación en la circularización del genoma viral durante el ciclo infectivo (6-8).

•  De forma prácticamente simultanea, R. Dulbecco y M. Vogt en un laboratorio, y R. Weil y J. Vinograd en otro, descubren que el DNA del virus del polioma es una molécula bicatenaria circular (9, 10). Los estudios posteriores, realizados especialmente en el laboratorio de J. Vinograd, demuestran que estas moléculas circulares cerradas están “retorcidas” o superenrolladas, desapareciendo esta estructura cuando se genera un corte en una de las cadenas del DNA. Aprovechando las propiedades del DNA superenrollado se han desarrollado métodos para su identificación y eventual purificación (11, 12). Así mismo, los estudios con DNAs superenrollados han permitido el descubrimiento y caracterización de las DNA topoisomerasas en varios laboratorios. Se debe a J. C. Wang el descubrimiento de la primera topoisomerasa procariótica en 1971, y al grupo de R. Dulbecco el descubrimiento un año más tarde de la primera topoisomerasa de células embrionarias de ratón (13-16). En 1976, el grupo de H. A. Nash descubre la DNA girasa de Escherichia coli (17-18).

•  C. Weissmann, trabajando en el laboratorio de S. Ochoa e I. Haruna, del laboratorio de S. Spiegelman, descubren una enzima que cataliza la síntesis de RNA dependiente de RNA y que se denomina RNA replicasa. Esta enzima es la responsable de la replicación del RNA que constituye el genoma de bacteriófagos como Qbeta. Se trata de una proteína constituida por cuatro subunidades de las que sólo una esta codificada por el virus mientras que las tres restantes son productos de genes de la bacteria, normalmente implicados en la síntesis de proteínas. (19-21)

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