2. antecedentes 2.1. la molécula de...

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2. ANTECEDENTES 2.1. La Molécula de ADN Cada organismo tiene una constitución genética específica basada en la secuencia de su ADN, molécula encargada de guardar y transmitir la información de todo organismo. El ADN es un polímero compuesto de dos cadenas antiparalelas, lineales, enrolladas una sobre otra para formar una doble hélice. La estructura tridimensional del ADN, tiene su origen en las características químicas y estructurales de las dos cadenas que la forman. Cada cadena está compuesta por cuatro diferentes unidades monoméricas llamadas desoxirribonucleótidos, las cuales tienen una estructura común: un grupo fosfato ligado a un azúcar de cinco carbonos (en este caso desoxirribosa) a la cual se encuentran unidas una de cuatro posibles bases nitrogenadas (Fig. 1): dos purinas -adenina (A) y guanina (G)-, que son moléculas formadas por dos anillos aromáticos y dos pirimidinas -citosina (C) y timina (T)-, que son compuestos nitrogenados de un solo anillo aromático (Alberts, 2002). Cuando los nucleótidos se polimerizan para formar ácidos nucleicos, el grupo hidroxilo unido al carbono 3’ del azúcar de un nucleótido se une al grupo fosfato que se encuentra unido al carbono 5’ de otro, eliminando una molécula de agua y formando un enlace fosfodiéster. Esto deja al esqueleto de azúcar-fosfato por fuera de la molécula. El carácter ácido de los nucleótidos se debe a la presencia del grupo fosfato, el cual se disocia por el pH encontrado en el interior de la célula, liberando iones hidrógeno y dejando al fosfato negativamente cargado (Strachan, 1999).

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Page 1: 2. ANTECEDENTES 2.1. La Molécula de ADNtesis.uson.mx/digital/tesis/docs/18946/Capitulo2.pdfmetabólico, conocido también como “sistema oxidasa de función mixta” cataliza la

2. ANTECEDENTES

2.1. La Molécula de ADN

Cada organismo tiene una constitución genética específica basada en la

secuencia de su ADN, molécula encargada de guardar y transmitir la información

de todo organismo. El ADN es un polímero compuesto de dos cadenas

antiparalelas, lineales, enrolladas una sobre otra para formar una doble hélice.

La estructura tridimensional del ADN, tiene su origen en las características

químicas y estructurales de las dos cadenas que la forman. Cada cadena está

compuesta por cuatro diferentes unidades monoméricas llamadas

desoxirribonucleótidos, las cuales tienen una estructura común: un grupo fosfato

ligado a un azúcar de cinco carbonos (en este caso desoxirribosa) a la cual se

encuentran unidas una de cuatro posibles bases nitrogenadas (Fig. 1): dos purinas

-adenina (A) y guanina (G)-, que son moléculas formadas por dos anillos

aromáticos y dos pirimidinas -citosina (C) y timina (T)-, que son compuestos

nitrogenados de un solo anillo aromático (Alberts, 2002).

Cuando los nucleótidos se polimerizan para formar ácidos nucleicos, el

grupo hidroxilo unido al carbono 3’ del azúcar de un nucleótido se une al grupo

fosfato que se encuentra unido al carbono 5’ de otro, eliminando una molécula de

agua y formando un enlace fosfodiéster. Esto deja al esqueleto de azúcar-fosfato

por fuera de la molécula. El carácter ácido de los nucleótidos se debe a la

presencia del grupo fosfato, el cual se disocia por el pH encontrado en el interior

de la célula, liberando iones hidrógeno y dejando al fosfato negativamente cargado

(Strachan, 1999).

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A su vez las bases nitrogenadas quedan orientadas al interior de ambas

cadenas, A se une con T a través de dos puentes de hidrógeno y G con C a través

Figura 1. Bases Nitrogenadas del ADN (Strachan, 1999).

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2.1.1. Genes y Mutaciones

Figura 2. Polaridad y Complementariedad de Bases en el

ADN (www.unorte.edu).

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Los genes se pueden definir como secuencias de ADN específicas que

codifican para la producción de un ARN. Sin embargo, los genes son entidades

inestables ya que sufren cambios en su secuencia a través del tiempo, dando

lugar a mutaciones que ocurren como resultado de las operaciones celulares

normales o de interacciones con el medio ambiente. La mayoría de estos cambios

suelen ser inofensivos para el organismo y generan una huella genética particular

para cada organismo, por lo que pueden ser utilizadas para diferenciar una

especie de otra o incluso un organismo de otro. Sin embargo cuando estas

mutaciones se presentan en una secuencia que es vital para la producción de

alguna proteína esto puede causar problemas al organismo, como el desarrollo de

algún desorden o susceptibilidad a desarrollar enfermedades relacionadas con

factores ambientales, xenobióticos y fármacos (Miller et al., 2001).

Las mutaciones son producidas por errores en el apareamiento de bases,

los cuales pueden deberse a (Fig. 5):

1. Sustitución de un par de bases por otro (Mutación puntual).

2. Deleción de uno o más pares de bases.

3. Inserción de uno o más pares de bases.

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Figura 3. Tipos de Mutaciones en el ADN (Modificado de Strachan, 1999).

2.1.2. Reacción en Cadena de la Polimerasa (PCR) La PCR es un método rápido y versátil para la amplificación de secuencias

especificas de ADN, se trata de una reacción enzimática cíclica que produce una

Deleciones

Inserciones

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copia exacta del fragmento de interés (Brown, 2002). Los componentes esenciales

de la reacción son (Sambrook y Rusell, 2001):

1. Una cadena de ADN molde: Puede ser un fragmento de ADN, una

preparación de ADN genómico (que contenga sólo el fragmento a amplificar

o una mezcla de distintos fragmentos), un plásmido, o cualquier muestra

que contenga ADN.

2. dNTP’s: Son los nucleótidos con los que se formará la nueva cadena de

ADN.

3. Iniciadores ó “primers”: Fragmentos de ADN de 20 a 30 nucleótidos que

contienen cantidades aproximadamente iguales de los cuatro nucleótidos y

una proporción de guanina-citosina (G-C) alrededor del 50%, deberán ser

complementarios a las secuencias nucleotídicas que flanquean el

fragmento que se desea amplificar.

4. Taq ADN-polimerasa: Es la enzima de uso común para PCR debido a su

termoestabilidad, su función es añadir los nucleótidos que formarán la

nueva cadena de ADN.

La reacción se lleva a cabo mediante ciclos de tres pasos (Fig.4):

1. Desnaturalización: Se da entre los 94 y 95°C lo que permite la separación

de ambas cadenas de ADN por rompimiento de los puentes de hidrógeno

que las unen.

2. Alineación: La temperatura baja a 50-60°C y los iniciadores se unen a la

molécula de ADN blanco.

3. Elongación: La temperatura se eleva a 72°C, la ADN polimerasa puede

entonces comenzar a unir nucleótidos siguiendo la secuencia de la cadena

molde.

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2.1.3. Polimorfismo de la Longitud de los Fragmentos de Restricción (RFLP)

Existen en el ADN secuencias específicas de nucleótidos que son

reconocidas y cortadas por enzimas de restricción, generando fragmentos de

Figura 4. Reacción en Cadena de la Polimerasa (PCR).

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cierta longitud. La secuencia nucleotídica a lo largo del genoma puede presentar

ciertas variaciones entre individuos, debido a algún tipo de mutación o

polimorfismo. Esto puede producir alteraciones en secuencias de ADN

reconocidas por una enzima de restricción. Al digerir ese ADN, las longitudes de

los fragmentos generados cambian.

En la técnica de RFLP, el ADN de un individuo se extrae y se amplifica por

PCR, posteriormente es tratado con enzimas de restricción específicas para

producir fragmentos de ADN de diferentes longitudes. Los fragmentos de

restricción se separan mediante electroforesis en geles de agarosa o acrilamida.

Esto proporciona un patrón de bandas que es único para un ADN en particular, por

lo cual esta técnica es útil en biología molecular como un marcador que permite la

diferenciación de individuos (Brown, 2002).

2.1.4. Polimorfismos en el ADN

Los polimorfismos se definen como variaciones en la secuencia de ADN de

un individuo, tales como sustituciones, deleciones e inserciones de nucleótidos;

por definición, un polimorfismo ocurre en una población con una frecuencia del 1%

(Knudsen, 2001). La mayoría de los polimorfismos están localizados por fuera de

los límites de los genes y no tienen un efecto aparente. Un polimorfismo localizado

dentro de la región codificante de un gen, puede generar cambios en la secuencia

de aminoácidos de la proteína resultante, produciendo alteraciones en su

actividad. Un polimorfismo en la región promotora de un gen puede alterar el nivel

de transcripción. Aquéllos localizados en la barrera intrón/exón de un gen pueden

producir proteínas incompletas o inactivas como resultado de un corte incorrecto

de ARN mensajero (ARNm) (Miller, 2001).

Existe la posibilidad de que estas variaciones afecten las funciones de las

proteínas para las que codifique un determinado gen, lo cual hace también posible

que puedan afectar la actividad de algunas enzimas del metabolismo de

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xenobióticos. Esto explicaría en parte el por qué algunos individuos presentan

mayor susceptibilidad hacia ciertas sustancias tóxicas mientras que otros parecen

verse afectados en menor medida (Agudo et al., 2006; Norppa, 2003). Existen

poblaciones que experimentan distintos efectos terapéuticos a partir de dosis

iguales de medicamento estándar, ésto se debe a su capacidad reducida de

inactivar las moléculas del fármaco. Por el contrario, pueden necesitarse dosis

mayores para observar la respuesta terapéutica esperada en individuos capaces

de eliminar rápidamente estos fármacos. De modo similar, algunos individuos

pueden experimentar efectos colaterales dependiendo de su capacidad de

metabolizar algunos agentes terapéuticos (Miller, 2001).

2.2. Metabolismo de Xenobióticos

Un xenobiótico puede definirse como una sustancia dañina para el

organismo de origen tanto endógeno como exógeno y de naturaleza hidrofóbica.

Existe un gran número de enzimas involucradas en la detoxificación de

xenobióticos (Kiyohara et al., 2002; Norppa, 2003) y su expresión genética es

inducida en respuesta a la presencia de estos compuestos. Sin embargo, los

productos más solubles de algunos xenobióticos son carcinógenos aun más

potentes que sus formas menos solubles. Por lo tanto, un cambio a nivel genético

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que afecte la actividad o expresión de un gen o proteína que participe en el

metabolismo de estas sustancias puede incrementar la cantidad de carcinógeno

reactivo formado e incrementar así el riesgo a padecer cáncer. El metabolismo de

xenobióticos puede dividirse en dos fases (Murray, 1997):

2.2.1. Reacciones de Fase I Las reacciones principales de esta fase son de oxidación, reducción e

hidrólisis siendo la más común la de oxidación, la cual es mediada por un sistema

enzimático que contiene citocromo P450 (Gonzales et al., 2001). Este sistema

metabólico, conocido también como “sistema oxidasa de función mixta” cataliza la

inserción de un átomo de oxígeno molecular en un sustrato (Díaz, 2003). Esta

reacción de fase I convierte a los xenobióticos en sustancias electrófilas activas

que pueden interactuar con moléculas como el ADN, ARN y proteínas; el sistema

requiere NADPH como donador inicial de electrones, oxígeno molecular como

oxidante y presenta además una amplia especificidad de sustratos (Shibamoto y

Bjeldanes, 1996). Aunque este sistema oxidativo forma parte de muchos tejidos, el

sitio principal de oxidación de la mayoría de los xenobióticos es el retículo

endoplásmico liso en el hígado.

2.2.2. Reacciones de Fase II En esta fase diversas reacciones de conjugación añaden una molécula

orgánica al xenobiótico, ya sea en su forma original u oxidada proveniente de la

fase I. Esto reduce sus efectos tóxicos convirtiéndolo en una sustancia más

soluble (Dunning et al., 1999). Los compuestos tóxicos originales o los producidos

en la fase I se convierten por acción de varias enzimas transferasas en

metabolitos polares. Dentro de las reacciones que intervienen en la fase II se

destacan:

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a. Conjugación con ácido glucorónico: Se da por medio de la

glucoroniltransferasa.

b. Conjugación mercaptúrica: Aquí interviene la Glutatión-S-transferasa

(GST). En esta conjugación se pierden sustancias biológicamente activas

como el glutatión y la cisteína.

c. Sulfoconjugación: Es catalizada por una sulfotransferasa y es la reacción

típica para la eliminación del fenol.

d. Conjugación con grupos metílicos: Esta reacción requiere de la S-

adenosil-metionina como cofactor de las metiltransferasas involucradas en

el proceso.

e. Conjugación con el ácido acético: La acetilación es catalizada por las

acetiltransferasas y utiliza acetil coenzima A como cofactor.

La localización intracelular de las enzimas de fase II influye en la eficacia de

las reacciones de detoxificación. En el citosol se encuentran como enzimas

solubles la GST, las sulfotransferasas y las N-acetiltransferasas (Shibamoto y

Bjeldanes, 1996). Entre los factores que afectan la actividad de estas enzimas,

podemos contar como uno de los más importantes, al nivel de variación genética

en las poblaciones (Smith y Reynard, 1993).

2.3. Polimorfismo de Acetilación

La clasificación de los humanos como acetiladores rápidos o lentos se basa

en las diferencias hereditarias de las velocidades de N-acetilación de agentes

terapéuticos y carcinógenos (Krajinovic et al., 2000); un ejemplo clásico sería la

reacción la eliminación de la isoniacida, un fármaco utilizado en el tratamiento

contra la tuberculosis, cuyo tiempo de vida media en el organismo para

acetiladores rápidos es de aproximadamente 70 minutos, mientras que para los

acetiladores lentos es de más de 3 horas (Smith y Reynard, 1993).

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Esta heterogeneidad en la actividad de las enzimas N-acetiltransferasas

(NAT) se denomina polimorfismo de acetilación el cual es una de las variaciones

hereditarias más comunes que afectan el metabolismo de xenobióticos. Desde el

punto de vista genético, la acetilación rápida es un rasgo autosómico dominante y

la asociación de este polimorfismo con la toxicidad de algunos fármacos y un

incremento en el riesgo a padecer ciertos cánceres, así como su amplia

variabilidad entre poblaciones, han hecho de éste uno de los ejemplos más

estudiados (Blum et al., 1991; Chiou et al., 2005).

2.3.1. N-acetiltransferasas

Las N-acetiltransferasas (NAT), identificadas por el Nomenclature

Committee (IUPAC) con el código EC 2.3.1.5, son enzimas citosólicas

dependientes de acetilcoenzima A (AcCoA) que participan en la fase II del

metabolismo de xenobióticos. Catalizan una reacción que avanza con un

mecanismo de desplazamiento doble (ping-pong) (Smith y Reynard, 1993). El ser

humano expresa dos formas de N-acetiltransferasas: NAT1 y NAT2, ambas

participan en la detoxificación y/o activación de arilaminas encontradas en el

medio ambiente, algunos componentes carcinógenos del humo de tabaco y

algunas aminas aromáticas producidas durante la cocción de carnes (Gooderham

et al., 2001); se sabe además que la acción de las enzimas NAT sobre estos

puede producir también iones electrofílicos capaces de inducir mutaciones

puntuales en el ADN (Hein et al., 2000a).

Ambas enzimas son productos de dos genes que presentan un nivel alto de

homología (87%) a nivel de ADN localizados en el brazo corto del cromosoma 8

(Fig. 5), en los sitios 8p21.3 (NAT1) y 8p23.1 (NAT2) con una región codificante

sin intrones de 870 pb que genera una proteína de 290 aminoácidos (Ohsako y

Deguchi, 1990; Simsek et al., 2000).

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2.3.2. NAT1 La N-acetiltransferasa de tipo 1 (NAT1) se encuentra distribuida en la

mayoría de los tejidos. Cataliza la transferencia de un grupo acetilo (Fig. 6)

proveniente de Acetil-CoA hacia sustratos arilaminas o hidracinas (Hein et al.,

2000a; Butcher et al., 2004), incluido el p-aminobenzoilglutamato (Minch, 1995) el

cual es un catabolito del folato sugiriendo el rol de NAT1 en el metabolismo de

folato.

En el pasado se ha dado mucho más énfasis a la investigación de los

polimorfismos presentes en el gen NAT2 debido a que la isoenzima NAT1 fue

descrita inicialmente como monomórfica debido a su selectividad hacia ciertos

sustratos y sus niveles de actividad uniforme en poblaciones humanas. Sin

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embargo, estudios subsecuentes mostraron que la enzima NAT1 no es

monomórfica, sino que es sujeto de polimorfismo. Debido a que NAT1 cataliza

tanto la activación como la desactivación de aminas aromáticas, la variación

genética en NAT1 puede tener implicaciones en la predisposición hacia ciertos

canceres (Fretland et al., 2002).

El polimorfismo del gen NAT1 fue descrito por primera vez hace poco más

de una década (Vatsis y Weber, 1993) y se han identificado hasta ahora 29 alelos

(Tabla 1). Una mutación simple o una combinación de sustituciones, inserciones y

deleciones de múltiples nucleótidos son los responsables de las variantes de

NAT1 (http://louisville.edu/medschool/pharmacology). NAT1*4 es considerado el

alelo de tipo silvestre debido a que es el alelo encontrado con más frecuencia en

casi todas las poblaciones estudiadas (Hein y Grant, 2000b). Mientras que algunas

variantes (NAT1*11, 20 y 23) no afectan la actividad de la proteína, otras en

cambio resultan en un incremento (NAT1*21,*24 y 25), descenso o ausencia de

actividad (NAT1*14,*15,*17,*19) (Arslan et al., 2004).

Figura 6. Transferencia de un Grupo Acetilo Proveniente de Acetil-CoA

hacia Sustratos Arilaminas o Hidracinas.

N-acetiltransferasa

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Tabla 1. Alelos Encontrados para NAT1

Alelo Cambio de Nucleótido Cambio de Aminoácidos

NAT1*3 C1095A Ninguno

NAT1*4 Ninguno Ninguno

NAT1*5 G 350,351C , G497-499C , A 884G , Δ 976 Δ1105 Arg 117→Thr, Arg166→Thr,

Glu167→Gln

NAT1*10 T1088A , C1095A Ninguno

NAT1*11A C-344T , A-40T , G445A , G459A , T640G , Δ 9 entre 1065-

1090 C1095A

Val114→Ile, Ser234→Ala

NAT1*11B C-344T , A-40T , G445A , G459A , T640G , Δ 9 entre 1065-

1090

Val114→Ile, Ser234→Ala

NAT1*11C C-344T , A-40T , G459A , T640G , Δ 9 entre 1065-1090

C1095A

Val114→Ile, Ser234→Ala

NAT1*14A G560A , T1088A , C1095A Arg187→Gln

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NAT1*14B G560A Arg187→Gln

NAT1*15 C559T Arg187→Gln

NAT1*16 [AAA] después de 1091, C1095A Ninguno

NAT1*17 C190T Arg64→Trp

NAT1*18A Δ 3 entre 1065-1087, T1088A , C1095A Ninguno

NAT1*18B Δ3 entre 1065-1090 Ninguno

NAT1*19 C97T Arg33→Alto

NAT1*20 T402C Ninguno

NAT1*21 A613G Met205→Val

NAT1*22 A752T Asp251→Val

NAT1*23 T777C Ninguno

NAT1*24 G781A Glu261→Lys

NAT1*25 A787G Ile263→Val

NAT1*26A Inserción de [TAA] entre 1065 y 1090, C1095A Ninguno

NAT1*26B Inserción de [TAA] entre 1065 y 1090 Ninguno

NAT1*27 T21G , T777C Ninguno

NAT1*28 Deleción de [TAATAA] entre 1065 - 1090 Ninguno

NAT1*29 T1088A , C1095A Δ1025 Ninguno

Fuente: http://louisville.edu/medschool/pharmacology/NAT.html

Se han observado también diferencias étnicas para los alelos de este gen,

por ejemplo NAT1*10 que contiene las mutaciones T1088A y C1095A, asociadas con

los fenotipos de acetilador rápido, es encontrado más frecuentemente en

mexicanos y afroamericanos que en caucásicos y asiáticos (Ishibe et al., 1998).

Este alelo además se correlaciona con una alta actividad enzimática en colon

(Bell et al., 1995), vejiga e hígado; varios estudios han demostrado también

asociación entre la presencia del alelo NAT1*10 y el desarrollo de tumores a nivel

de tracto urinario y gástrico (Katoh et al., 2000), así como la presencia de

enfermedades relacionadas con el medio ambiente (Arslan et al., 2004). Se ha

descubierto también que la sustitución C1095A se encuentra asociada a altos

niveles de homocisteina (Stanislawska, 2006), que es la molécula precursora de la

S-adenosilmetionina (SAM).

2.3.3. NAT2

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La N-acetiltransferasa 2 (NAT2) es otra de las enzimas de fase II del

metabolismo de xenobióticos, expresada a diferencia de NAT1 principalmente en

el hígado; es responsable del metabolismo de varias arilaminas cancerígenas,

incluidas, la β-naftilamina, el 4-aminobifenil, y la bioactivación de sustancias

mutagénicas presentes en los alimentos, como la 2-amino-3-metilimidazo[4,5-

f]quinolina (Brans et al., 2004).

Esta enzima es considerada como polimórfica en humanos y la presencia

de una variedad de alelos defectuosos del gen NAT2 produce un rango de

fenotipos que van de los acetiladores rápidos a lentos. Esto provoca diferencias en

la velocidad del metabolismo de arilaminas dependiendo del genotipo del

individuo. La proporción de los fenotipos de acetiladores rápidos y lentos varía de

un grupo étnico a otro (Brans et al., 2004).

Una gran cantidad de polimorfismos se han descrito para el gen NAT2

(Tabla 2), todos ellos debidos a la presencia de once mutaciones polimórficas y

sus combinaciones (Hein et al., 2000; Brans et al., 2004). Hasta la fecha se han

identificado 19 alelos existentes para el gen NAT2 (Mittal, 2004); se ha reportado

además que los genotipos de acetiladores rápidos pueden incrementar el riesgo a

padecer cáncer de colon (Turesky et al., 1991), hepatocelular y colorrectal (Gill et

al., 1998) cuando los individuos que los presentan se exponen a arilaminas

ambientales.

NAT2*4 es considerado como el alelo de tipo silvestre y todas las

investigaciones publicadas hasta la fecha concuerdan en que las personas que

presentan el fenotipo de acetilador rápido portan genotípicamente al menos un

alelo de este tipo para NAT2 (Gu et al., 2005; Torkaman et al., 2007); por su parte,

las personas que presentan el genotipo de acetilador lento presentan las

mutaciones C481T, G590A y G857A, las cuales se relacionan con los alelos NAT2*5,

NAT2*6 y NAT2*7 respectivamente.

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Alelo Cambio de Nucleótido Cambio de Aminoácidos

NAT2*4 Ninguno Ninguno

NAT2*5 T341C , C481T Ile114→Thr

NAT2*5B T341C , C481T, A803G Ile114→Thr, Lys268→Arg NAT2*5C T341C , A803G Ile114→Thr, Lys268→Arg NAT2*5D T341C Ile114→Thr

NAT2*5E T341C , C481T, G590A Ile114→Thr, Arg197→Gln NAT2*5F T341C , C481T, C759T, A803G Ile114→Thr, Lys268→Arg NAT2*6ª C282T, G590A Arg197→Gln

NAT2*6B G590A Arg197→Gln

NAT2*6C C282T, G590A, A803G Arg197→Gln, Lys268→Arg NAT2*6D T111C, C282T, G590A Arg197→Gln

NAT2*7ª G857A Gly286→Glu

NAT2*7B C282T, G857A Gly286→Glu

NAT2*12A A803G Lys268→Arg

NAT2*12B C282T, A803G Lys268→Arg

NAT2*12C C2481T, A803G Lys268→Arg

NAT2*13 C282T Ninguno

Tabla 2. Alelos Encontrados para NAT2

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2.4. Arsénico

2.4.1. Características Generales

El Arsénico (As) es un elemento ampliamente distribuido en la corteza

terrestre, ya sea como un elemento puro o en depósitos geológicos formando

compuestos inorgánicos con sulfuro, níquel, hierro, cobre y otros. Se le denomina

As orgánico cuando se encuentra en combinación con carbono e hidrógeno

(ATSDR, 2000). El número atómico del arsénico es 33 y su peso molecular 74.92

g/mol, se encuentra ubicado en el grupo VA de la tabla periódica del que también

forman parte el nitrógeno, el fósforo, el antimonio y el bismuto (Chang, 1994).

Por sus características es difícil clasificar al arsénico como un metal o un no

metal. Existen diferentes formas o alótropos de éste en la naturaleza, ya sea que

se presente como un elemento de color gris y apariencia metálica (forma α) o en

forma de un sólido amarillo (forma γ) sin brillo metálico el cual se forma por

condensación del vapor a muy bajas temperaturas. Existe además una tercera

forma alotrópica, el arsénico negro (forma β) de estructura hexagonal y con

NAT2*14A G191A Arg64→Gln

NAT2*14B G191A, C282T Arg64→Gln

NAT2*14C G191A, T341C, C481T, A803G Arg64→Gln, Ile114→Thr, Lys268→Arg

NAT2*14D G191A, C282T, G590A Arg64→Gln, Arg197→Gln NAT2*14E G191A, A 803G Arg64→Gln, Lys268→Arg NAT2*14F G191A, T341C, A803G Arg64→Gln, Ile114→Thr,

Lys268→ArgNAT2*14G G191A, C282T, A803G Arg64→Gln, Lys268→Arg NAT2*17 A434C Gln145→Pro

NAT2*18 A845C Lys Arg64→Gln, Ile114→Thr, Lys268→Arg 282→Thr

Fuente: http://louisville.edu/medschool/pharmacology/NAT.html

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propiedades intermedias entre las formas metálicas y no metálicas descritas

anteriormente. Por lo anterior, el arsénico podría clasificarse como un semimetal;

sin embargo, gran parte de su química es parecida a la del fósforo por lo que hay

buenas razones para considerarlo un no metal (Rayner, 2000).

2.4.2. Fuentes Principales de Exposición a Arsénico Debido a sus características, el arsénico puede entrar en el aire, agua, y

suelos. Existen otras fuentes de exposición tales como las emisiones volcánicas y

de la industria minera (López et al., 2006), el uso de pesticidas, y algunas pinturas

que contengan As. La dieta es también un factor de exposición ya que el arsénico

puede encontrarse en algunos mariscos formando compuestos orgánicos como

arsenobetaína la cual deja el cuerpo sin sufrir cambio metabólico alguno por lo que

su impacto toxicológico es mínimo. Es por eso que, polvo, aire y principalmente

agua son consideradas las mayores y más peligrosas fuentes de exposición a

arsénico.

2.4.2.1. Aire

Los niveles de As encontrados en el aire pueden variar según el nivel de

desarrollo industrial del área estudiada, se estima que los niveles de As liberado a

la atmósfera presentan un rango de menos de 1-200 ng/m3, siendo de entre 2 a 30

ng/m3 en zonas urbanas y llegando a valores por arriba de 150 ng/m3 en zonas

altamente industrializadas; las emisiones volcánicas, y las provenientes de la

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quema de combustibles como el carbón y petróleo contribuyen a los niveles de As

encontrados en aire (ASTDR, 2000).

2.4.2.2. Polvo

Otra forma en que el ser humano puede verse expuesto al arsénico es a

través del polvo, el cual recibe su contenido de este elemento a partir de diversas

fuentes, como las actividades de minería, desechos de plantas de energía,

industriales y de algunos materiales utilizados en la industria de la construcción

(asbestos). Al igual que con el aire, los niveles de exposición a través del polvo

pueden variar dependiendo de la cercanía de algún área con depósitos geológicos

ricos en arsénico, minas o áreas agrícolas donde se hayan utilizado con

anterioridad pesticidas con alto contenido de arsénico. Considerando estos

factores se ha encontrado que la concentración de arsénico en polvo puede variar

de 1 a 40 ppm (ASTDR, 2000).

2.4.2.3. Agua

Debido a que muchos de los compuestos de arsénico son solubles en agua,

este elemento puede llegar a ríos, lagos y yacimientos subterráneos. En sistemas

acuáticos el arsénico se encuentra principalmente como arsenito (AsIII) y

arseniato (AsV) donde el arseniato es la forma predominante (Braman y

Foreback, 1973); se han detectado también las formas metiladas del arsénico en

un rango de 0.01 a 7.4 μg/L. Se ha encontrado que el contenido de arsénico en

los yacimientos subterráneos es mayor que en las fuentes de agua superficial. En

años recientes, la Agencia de Protección del Medio Ambiente en Estados Unidos

(EPA, por sus siglas en inglés), modificó el nivel máximo permitido para el

arsénico en agua potable de 50 a 10μg/L (EPA, 2001), el cual determinaron debía

hacerse efectivo en febrero de 2006. Por su parte la Norma Oficial Mexicana

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(NOM-127SSA-1-1994) aún establece un valor de 25 µg/L como límite máximo

permisible de arsénico en agua.

2.4.3. Distribución Mundial de Arsénico El arsénico se encuentra ampliamente distribuido alrededor del mundo (Fig.

7). El caso más grave de contaminación por arsénico se vive en la región de

Bangladesh, donde alrededor del 40-50% de la población está expuesta a este

metal lo que ha generado una gran crisis de salud en ese país. Se reportan niveles

de arsénico de 136 a 1000 μg/L con una media de 164 μg/L (Milton et al., 2001),

se calcula también que alrededor de 5.31 millones de personas en la India

(Chowdhury et al., 2000; Sarkar y Mehrotra, 2005) se encuentran expuestas a

concentraciones de arsénico similares. En Taiwán las mediciones realizadas

revelan niveles de hasta 300 μg/L (Wu et al., 2001).Se han encontrado altas

concentraciones de arsénico en algunas regiones de Alemania (Mkandawire y

Dudel, 2005), así como en Australia donde los niveles llegan a los 70 μg/L (Smith

et al., 2003).

En Latinoamérica, la región del norte de Argentina y Sur de Chile presenta

niveles de arsénico que varían de los 10 a los 200 μg/L (Hopenhayn et al., 2000;

Concha et al., 2006). En México se han encontrado niveles de arsénico de hasta

267 μg/L en algunos estados del centro del país (Gomez-Arroyo et al., 1997) y de

hasta 624 μg/L en algunos estados del norte (Del Razo et al., 1993).

2.4.4. Distribución de As en Sonora

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Algunos estudios han reportado niveles altos de arsénico en algunas áreas

del estado de Sonora: Wyatt et al. (1998) realizaron un estudio en el cual

encontraron concentraciones de 117, 67, 51 y 305 μg/L en el agua potable de

Magdalena, Caborca, Etchojoa, y Hermosillo respectivamente (Fig. 8). Por su

parte, Meza et al. (2004), encontraron niveles de hasta 49.3 μg/L, muy por encima

de lo permitido por la US-EPA y la Norma Oficial Mexicana [NOM-127-SSA1-1994]

en algunas áreas del Valle del Yaqui.

Zonas con alto contenido de arsénico (>50 µg/L)

Suroeste de E.U.A.

Chile

Argentina

Australia Bangladesh

China

Alemania

Figura 7. Distribución Mundial de Arsénico: British Geological Survey, 2001.

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Fi 8 Di t ib ió d A l E t d d S S ú W tt t l

Concentraciones As (μg/L)

>50

25-50

10-25

0-10

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2.4.5. Metabolismo

La fuente más peligrosa de exposición a arsénico para el ser humano es a

través del agua potable donde el arsénico se encuentra en forma de arsénico

inorgánico como arsenito (AsIII) y principalmente como arseniato (AsV). Ambas

formas son consideradas tóxicas para el ser humano debido a su capacidad de

entrar en la célula aprovechando su similitud con otros sustratos. Liu et al. (2002),

encontraron que el arseniato es introducido a las células por medio de

acuaglicoproteínas 7 y 9 (AQP7 y AQP9), las cuales transportan moléculas de

agua y glicerol; Huang et al., (1996) reportaron que el arsenito puede ingresar a la

célula utilizando transportadores de fosfato.

El metabolismo del arsénico (Fig. 9) es un proceso complejo, a través del

cual el organismo puede inducir el cambio del arsénico inorgánico hacia formas

orgánicas las cuales son excretadas más rápidamente en la orina, por lo que

resultan menos tóxicas que las formas inorgánicas originales. Esto ocurre a través

de una serie de reacciones de metilación mediadas por metiltransferasas donde la

S-adenosilmetionina (SAM) participa como donador de grupos metilo. También

ocurren reacciones de reducción en las cuales la glutatión-S transferasa (GST)

funciona como agente reductor de las especies de arsénico pentavalente (Scott et

al., 1993; Delnomdedieu et al., 1994; Zakharyan et al., 1999).

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Una vez que el arsénico inorgánico ingresa al organismo, es reducido en

sangre de arseniato pentavalente (AsV) a arsenito trivalente (AsIII). De esta forma

el arsenito es ingresado a los hepatocitos donde es metilado por la arsenito

metiltransferasa para formar ácido metilarsónico (MMAV). Posteriormente, el

MMAV es reducido a ácido metilarsonoso (MMAIII) por conjugación con GST. Una

segunda reacción metila el MMAIII a ácido dimetilarsínico (DMAV), parte del cual

puede reducirse posteriormente para formar ácido dimetilarsinoso (DMAIII) (Fig.

12).

Figura 9. Metabolismo del Arsénico (Aposhian et al., 2000).

SAM: S-adenosilmetionina SAHC: S-adenosilhomocisteina

MMAV

Reductasa

ArsenitoMetiltransferasa

ArsenatoReductasa

GSH

MMAMeti ltransferasa

SAHC

SAM

GSH

Arsenato (AsV) O

HO As O-

OH

HO As OH

OH

Arsenito (AsIII)

O

HO As CH3

OH

Ácido metilarsónico (MMAV)

Ácido dimetilarsíno (DMAV)

O

HO As CH3

CH3

Ácido metilarsono (MMAIII)

HO As CH3

OH SAMSAHC

Arseniato (AsV) Arsenito (AsIII)

Ácido metilarsónico (MMAV)

Ácido dimetilarsínico (DMAV)

Ácido metilarsonoso (MMAIII)

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2.4.6. Toxicidad y Efectos Adversos de la Exposición a Arsénico Se han observado una gran variedad de efectos tóxicos relacionados con la

exposición crónica al arsénico, entre los cuales los más característicos son sin

duda aquéllos que se presentan a nivel cutáneo (Yoshida et al., 2004). La

prevalencia de queratosis e hiperpigmentación, la enfermedad de Bowen y la del

pie negro (blackfoot disease) han sido fuertemente relacionadas con altos niveles

de arsénico (Guha et al., 1998). Se sabe también que esta exposición aumenta la

aparición de problemas respiratorios (Milton et al., 2001), enfermedades

vasculares y diabetes (Wang et al., 2003) y que el arsénico en sangre disminuye

la actividad antioxidante en el organismo (Wu et al., 2001).

Históricamente, la conversión enzimática del arsénico inorgánico a especies

metiladas ha sido considerada como una ruta de detoxificación; en general, solían

atribuirse la mayor parte de los efectos tóxicos del arsénico a su forma inorgánica

trivalente (AsIII) (Tinwell et al., 1991); sin embargo, otros estudios han encontrado

que las formas metiladas trivalentes (MMAIII y DMAIII) resultan más tóxicas que

las formas inorgánicas (AsV y AsIII) (Hsueh et al., 1998; Styblo et al., 2000; Petrick

et al., 2000). Valenzuela et al. (2005), encontraron que la concentración de MMAIII

en orina fue significativamente más alta en individuos expuestos a As que habían

desarrollado lesiones en la piel cuando se comparaba con la de individuos

igualmente expuestos que no las presentaban. Lo anterior sugiere que los niveles

de MMAIII pueden servir como un posible indicador para identificar a individuos

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con mayor disposición a desarrollar un proceso canceroso como consecuencia de

la exposición a arsénico.

Una de las consecuencias más preocupantes de la exposición humana a

arsénico es su efecto cancerígeno. A la fecha, no se comprenden con claridad los

mecanismos por los cuales puede inducir cáncer, pero se cree que el arsénico

puede causar daños al inhibir enzimas involucradas en la reparación del ADN

(Hartwig et al., 1997), tal vez por modulación de algunas señales que regulan la

activación de estas enzimas. Este quizás sea uno de los factores que provocan

una disminución en la actividad de la DNA ligasa en extractos nucleares, así como

de la actividad de la poliADP-ribosa en la célula (Hu et al., 1998). Sin embargo, un

estudio realizado por Burgess et al. (2007), reveló que la exposición a niveles

bajos de arsénico no se encuentra asociada a la excreción urinaria de 8-

hydroxydeoxyguanosina (8-OHdG), la cual es un biomarcador de daño oxidativo y

reparación del ADN. Por otra parte, a pesar de que el DMAV no es capaz de

inducir tumores en linfocitos y leucocitos humanos estimulados por sí mismo, es

capaz de magnificar los efectos de otros compuestos cancerígenos (Yamamoto,

1997).