REVISTA UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL Vol. 118 No. 1 2014 (Enero a J unio) ISSN: 2477- 913X
Fukushima: El desastre mundial más grave de la historia: mecanismos moleculares
Fukushima: The world’s gravest disaster in history: molecular
Jose O. Bustamante Perez
Fecha de recepción: 21 de noviembre/2013
Fecha de aceptación: 28 de mayo/2014
REVISTA UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL Vol. 118 No. 1 2104 (Enero a Junio)
ISSN: 2477- 913X
Fukushima: El desastre mundial más grave de la historia: mecanismos m oleculares
Fukushima: The world’s gravest disaster in history:
m olecular
Jose O. Bustamante Perez 1
Como citar: Bustamante, J. (2014). Fkushima: El desastre Mundial Más Grave de la Historia: Mecanismos Moleculares. Revista Universidad de Guayaquil. 118 (1). 5-16. DOI: https://doi.org/10.53591/rug.v118i1.852
Resumen
En marzo 11 de 2011, comenzó en Fukushima el mayor desastre de la historia de la humanidad. YouTube y otros medios independientes de internet nos mantienen informados sobre la creciente amenaza de Fukushima. Desde mi llegada al Ecuador en noviembre de 2012, he sido asiduo cliente de taxistas en Guayaquil: La Perla del Pacífico, mayor ciudad del Ecuador. Mi visa de trabajo me describe como Investigador. Por tanto, he sido fiel a esta descripción. Llego al fin de 2013 sin encontrar un taxista en Guayaquil que conozca la palabra Fukushima. Desde mis estudios universitarios (Escuela de Física, Universidad de La Habana) he estado interesado en Física Nuclear, Reactores Nucleares, etc. En 1972 terminé mis estudiosy fui a trabajar para el Ministerio de Salud Pública (La Habana). Desde 1972 estudio los avances en Física Médica (Radioterapia, Radioprotección, Imageamiento, Defibrilación, Lasers, etc). En 1972 también comencé mi entrenamiento como Biofísico y Fisiólogo. En 1977 defendí mi tesis de Doctorado. En 1989 comencé a estudiar Biología Celular y Molecular. He publicado en revistas internacionales prestigiosas (Science, Biophysical Journal, Physiological Reviews, etc). Aquí enfatizo nuestra obligación social y moralde mantenernos actualizados e informar al pueblo sobre Fukushima y su impacto en Ecuador.
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Palabras clave: Radioterapia, Radioprotección, Imageamiento, Defibrilación, Lasers.
Summary
On March 11, 2011, the greatest disaster in human history started in Fukushima. Youtube and other independent internet media maintain us informed on the increasing threat of Fukushima. Since my arrival inEcuador on November 2012, I have been a taxi customer in Guayaquil: The Pearl of The Pacific, Ecuador’s biggest city. My work visa describes me as Investigator. Therefore, I have been faithful to this description. I arrive to the end of 2013 without finding a cab driver that knows the word Fukushima. Since my univer sity studies (School of Physics, University of Havana) I have been interested in Nuclear Physics, Nuclear Reactors, etc. In 1972 I finished my studies and went to work for the Ministry of Public Health (Havana). Since 1972 I keep up with advances in Medical Physics (Radiotherapy, Radioprotection, Imaging, Defibrillation, Lasers, etc). Also in 1972 I started training as Biophysicist and Physiologist. In 1977 I defended my Doctoral thesis. In 1989 I started studying Cell and Molecular Biology. I have published in prestigiousinternational journals such as: Science, Biophysical Journal, Physiological Reviews, etc. Here I emphasizeour social and moral obligation of keeping updated and informing the public on Fukushima and how it impacts Ecuador.
Keywords: Radiotherapy, Radioprotection, Imaging, Defibrillation, Lasers
1 PhD. Investigador Prometeo, Universidad de Guayaquil, Ecuador. Correo electrónico: prometeo@gmail.com /
prometeo@outlook.c om
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Fukushima: Paradigma Político, Socio-Económico, Científico y Tecnológico
El desastre de la central nuclear eléctrica de Fukushima Daiichi (de aquí en adelante Fukushima) es el de mayor impacto en la historia de la humanidad. A pesar de esto, pocos ecuatorianos conocen de este desastre y de sus letales consecuenciasI. La tragedia de Fukushima (por incontables décadas a seguir) da una oportunidad única para aprender de las enfermedades que el mundo sufre hoy. Fukushima, como Hiroshima, sirve de paradigma para aprender lo que pasa por detrás de la escena a nivel mundial (ver Bustamante Pérez, 2013) II. Como ocurre en medicina, muchasveces son los raros casos los que nos permiten apreciar la importancia de ciertos factores que normalmente están escondidos. Por tal razón, Fukushima puede ser utilizado (como lo han sidolos casos de los desastres de Chernobyl y Three Mile Island - de mucho menor envergadura que el desastre de Fukushima) como Laboratorio Investigativo - Educativo para estudiar los efectos de las radiaciones ionizantes (RI), la naturaleza de la industria nuclear y nuestra sociedad; y así poder tomar medidas para evitar o combatir eventos futuros semejantes. Tal Laboratorio ofrece oportunidad única para aquellos que quieren hacer pro- gramas de posgrado y para aquellos que quieren ayudar a Ecuador y a la humanidad a alcanzar a tener una vida plena, como definida en el Plan Nacional para el Buen Vivir de Ecuador. Con nuestro esfuerzo colectivo podremos detener la progresión de la extensión e intensidad de este cáncer radiológico y toxicológico. A seguir damos la base de los mecanismos de biología celular y molecular que pueden decidir el futuro de la humanidad. De particular importancia son los mecanismos relacionados con las RI de baja intensidad porque,a pesar de su denominación, son estas las que pueden causar mutaciones genéticas a largo plazo y así crear una gran carga para la sociedad y el medio ambiente.
Importancia de los Mecanismos de Biología Celular y Molecular
Entender los mecanismos celulares y moleculares de las RI puede determinar nuestro futuro (p.ej.,Azzam et al. 2012; Alsbeih et al. 2013; Chua et al. 2013; Liang et al. 2013; Lomax et al. 2013). A seguir, demuestro, con un ejemplo específico, elde las vías de señalización asociadas a la proteínaATM, cómo es que el conocimiento de los mecanismos biológicos puede ayudar a mejorar la protección contra las RI (i.e. radioprotección), y otrasmetodologías de física médica (FM) como la radio- terapia.
Los mecanismos asociados al gene ATM (por ataxia - telangectasia mutated) explican la aparente paradoja de que la RI de baja dosis (p.ej., <0.6 Gy) es más eficiente que la de dosis alta (p.ej., Short et al. 2005). La complejidad de los mecanismos involucr ados esclarece conceptos anacrónicos (si hablamos con precisión científica) tales como: (1) “Los efectos biológicos son directamente proporcionales a la dosis de RI”, y (2) “La radiosensibilidad está directamente relacionada con la velocidad de división celular” (i.e., Ley de Bergonié y Tribondeau – ver, p.ej., Haber & Rothstein, 1969). Como veremos, cualquier efecto biológico resultante de la RI depende de muchas variables o magnitudes. Una de esas variables o magnitudes es ATM, la proteína resultante de la expresión del gene ATM (materia discutida en el siguiente párrafo) El lector puede encontrar buenas revisiones sobre el tema (p.ej., Shiloh & Ziv, 2013; Stracker et al. 2013).
Importancia de la Ataxia - Telangiectasia para la Radioterapia
En Medicina, las enfermedades raras siempre tienen algo que enseñar. Ese es el caso de ataxia - telangiectasia (A-T). La rara enfermedad genética
I Como investigador científico (físico, biofísico, físico-médico, multidisciplinario), he sido estudioso de la materia de centrales nucleares y de su impacto en la sociedad. Esta preocupación fue creada en mí durante el esfuerzo de La Revolución Cubana por tener una Central Nuclear (1960s - 1970s) – tiempos que cubren mi niñez y juventud. Esos eran los tiempos de: (1) la Invasión de los EUAa Cuba (la famosa invasión de Playa Girón o Bahía de Cochinos, 17-19 de abril de 1961); (2) la Crisis de Octubre (14-28 de octubre de 1962) causada por la instalación en Cuba de cohetes con ojivas nucleares; (3) de los sabotajes y actos de terrorismo constantes (quema de cañaverales, asesinatos de maestros voluntarios, etc); (4) etcétera. Terrorismo, por tanto, no es novedad para mí y para mi generación. Desde la 2ª Guerra Mundial existen documentos que demuestran la capacidad de las grandes potencias neocolonialistas paracausar terremotos, tsunamis, etc (ver videos en el canal de YouTube de Bustamante Pérez, 2013). Considerando el historial de las grandes potencias neocolonialistas en referencia al respeto de los Derechos Humanos (cigarrillos que causan cáncer en todo el mundo; destrucción de la atmósfera, océanos e islas/atoles con ensayos nucleares; destrucción ambiental y teratogénesis con agente naranja en Vietnam y otros países; destrucción ambiental y teratogénesis con uranio empobrecido en Iraq, Puerto Rico, Italia, etc) no debemos sorprendernos de la capacidad destructora de aquellos que quieren imitar al Imperio Romano de la antigüedad (aquel imperio que borró a Cartago del mapa y de la memoria de la humanidad).
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Figura 1: Algunas características deataxia-telangiectasia (A- T).
Fuente: Autor
A-T, de fenotipo complejo, es una de varias patologías autosomales recesivas de ataxias cerebrales. La enfermedad tiene 2 características principales que determinan su denominación: (1)ataxia progresiva del córtex cerebral y (2) telangiectasia o dilatación de los vasos sanguíneos (p.ej., Ludwig et al. 2013; Shiloh & Ziv, 2013). Debe notarse que la RI usada en radioterapia puede causar telangiectasia como resultado dela inducción de radicales libres durante el tratamiento (p.ej., Bentzen & Overgaard, 1991). La Figura 1 muestra las principales característicasde la enfermedad A-T. Aparte de las 2 caracterís ticas principales, la patología también presenta:
(1) hiperradiosensibilidad, (2) hiperpredisposición al
de los pacientes del grupo control (p.ej., Taylor et al. 1975). A pesar de esto, las células de los pacientes con A-T son eficientes en el reparo de casi todas las quiebras de ADN(ver Ludwig et al. 2013;Shiloh & Ziv, 2013).
Los pacientes con el síndrome de quiebra de Nijme- gem (NBS, del inglés Nijmegem breakage syndro me), presentan también radiosensibilidad que puede ser atribuida al defecto en el reparo de DSBs (del inglés double-stranted DNA breaks – p.ej., Girard et al. 2000). El NBStiene muchas analogías con la A-Ty, por eso, los mecanismos de NBS son relevantes para los de A- T. Como A-T, el NBS es caracterizado por
desarrollo de cáncer, (3) neurodegeneración, (4) hiperadiosenbilidad, inmunodeficiencia, e
defectos en los puntos de monitoreo/ chequeo (PMC) del ciclo celular, (5) inmunodeficiencia, (6) vejez prematura, etc. (p.ej., Fang et al. 2010; Byrd et al. 2012).
La hiperradiosensibilidad (también referida como radiosensibilidad) fue reportada inicialmente como reacción adversa en pacientes con A-T (Morgan et al. 1968). Los linfocitos de pacientes con A- T presentan aberraciones cromosomales después de tratamiento con RI (p.ej., Tobi et al. 1990) y sus fibroblastos tienen más radiosensibilidad que los
predisposición a cáncer (p.ej., Saidi et al. 2010). También es interesante notar que el producto del gene deficiente en NBS: la proteína NbS1/Nibrina, es fosforilada por ATM en respuesta al ADN quebra do (p.ej., Lim et al. 2000; Difilippantonio &Nussen- zweig, 2007). Apesar de que las quiebras residua-les de ADNs puedan explicar la radiosensibilidad delas células en A - T, la evidencia experimental indicaque una anormalidad intrínseca en la estructura dela cromatina parece causar una transformación de las DSBs a las quiebras de los cromosomas. Es probable que las quiebras residuales envíen señales a lamaquinaria de reparo de ADN en una forma que es
II Es de particular importancia reconocer que hay fuerzas ajenas al bienestar social, que por dinero y poder harían cualquier cosa. Elfamoso caso del desastre ambiental causado por la Chevron es bien conocido por los ecuatorianos porque ser afectados directamente.
El caso de Fukushima es diferente en extensión pues Fukushima afecta a todo el mundo. Otras posibilidades, explotadas por los
geo-ingenieros, incluyen terrorismo (Anderson &Bokor, 2013). Mucha de la información que hay sobre Fukushima está en inglés. Por tanto, en esta reflexión-revisión, trataré de ser sucinto. Primero que todo, este artículo de reflexión y revisión está estimulado por 2 entrevistas que vi con 2 profesionales de prestigio y décadas de experiencia: (1) el físico-químico-PhD Christopher Bisby y (2) ingeniero nuclear-MSc Arnie Gundersen (ver Bustamante Pérez, 2013). Por muchos meses he seguido con gran preocupación los artículos y videos sobre Fukushima. La fuente que encuentro más confiable (desde el punto de vista de la contaminación de intereses neocolonialistas) es el de Energy News (ver Bustamante Pérez, 2013). Esta última fuente da una buena idea de cómo funciona el sistema en los países desarrollados: los gobiernos, industrias, medios de información, mantienen ignorante al público. Sólo algunos intrépidos profesionales arriesgan sus cómodos puestos de trabajo para denunciar el peligro. En el caso de Fukushima, tenemos al gobierno de Japón diciéndole al mundo que todo está perfecto (y por ello Tokio fue designada la sede de los próximos Juegos Olímpicos), la industria (en este caso Tokyo Electric Power Company o TEPCO – ver Bustamante Pérez, 2013).
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Figura 2: El ciclo celular y sus fases (células nucleadas).
Fuente: Autor
dependiente de ATM y, por tanto, que permanezcan sin reparo en las células A-T. Esto, por su parte, causa quiebras en los cromosomas (ver Ludwig et al. 2013; Shiloh &Ziv, 2013).
La Importancia del Estado del Ciclo Celular en la Etiología del Cáncer
Una de las características más importantes de las células cancerosas es su alta capacidad de multiplicación, resultante de la aceleración del ciclo celular, ilustrado en la Figura 2 (la flecha indica la dirección del ciclo). El ciclo celular consiste de eventos coordenados que normalmente culminanen el crecimiento y división celular. El ciclo celular puede imaginarse como un túnel por el cual la célula es forzada a moverse, usando aceleradores, frenos y enfrentando policías de tránsito. Cuandouno o más de esos mecanismos fallan (y la célula no muere), la velocidad puede aumentar sin control y las células se pueden dividen continua- y rápidamente. Las células que no se dividen, y que noestán sintetizando material para la división celular,son consideradas fuera del ciclo celular (quiescentes en relación a la multiplicación celular). A esa fase se le asigna el símbolo G0. Las fases del ciclocelular son: G1 (GAP 1), S (síntesis de ADN), G2 (GAP 2) y M (mitosis).
Para que la célula pueda dividirse, 2 procesos son necesarios: (1) Duplicación del genoma (fase S por síntesis) y (2) División del genoma (fase M por mitosis). El intervalo entre My S es llamado G1 (Gap 1). El intervalo entre S y Mes llamado G2.
ATM
Junto a otros factores, la proteína ATM controla procesos celulares relevantes a la radiosensibilidad y, por tanto, a la radioresistencia (p.ej., Viniegra et al. 2005). La proteína ATM está localizada principalmente en el núcleo celular (i.e., ATM es una proteína nuclear), mas puede ser encontrada en el citoplasma (ver Ludwig et al. 2013). Esta localiza ción es el resultado de una secuencia de aminoá cidos llamada señal de localización nuclear (NLS por nuclear localization signal), que está presente en el amino-terminal de ATM. Ese terminal es crucial no solo para a localización nuclear de ATM,pero también para su asociación con la cromatina (Stracker et al. 2013). Como otras proteínas nucleares, la localización de ATM depende de otros factores no relacionados a NLS. Así, por ejemplo, la proteína nuclear NFκ B (nuclear factor kappa B,con papel importante para el sistema de defensa de los organismos vivos) es retenida en el citoplasma ya que es secuestrada por la proteína inhibitaria IκB. Cuando IκBes fosforilada, se separada deNFκB y esta última consigue entrar en el núcleo a través del poro nuclear. Del mismo modo, la forma inactiva de ATM crea un multímero en el citoplas ma. Una vez fosforilada/activada, el multímero es convertido a monómeros de ATM (ver McKinnon, 2005). De esta forma, ATM pode entrar en el nú cleo celular a través de la única vía de transporte núcleo - citoplasmático directo: los poros nucleares (p.ej., Bustamante, 2005, 2006).
El gene alterado en esta enfermedad (ATM – acró nimo para el gene A-T mutado) fue identificado por Savitsky et al. (1995). La importancia del conocimiento sobre la proteína ATM, de su gene
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Figura 3: Estructura de 3 miembros de la familia PIKK:ATM,ATRy DNAPKcs.
Fuente: Autor
codificador, ATM, y de sus mecanismos de señalización, en relación al suceso de los métodos utilizados en el área de la FM (p.ej., radioterapia), ha sido demostrada (p.ej., Cesaretti et al. 2005). Gran parte del entendimiento de los mecanismosque usa las células humanas para responder a RIhan resultado de investigaciones sobre A-T y ATM.
La proteína ATM es un miembro de la familia
Al igual que ATM, la DNA-PKcs responde a las quiebras de dsDNA. En contraste, ATR es activada por quiebras de ADN de filamentos simples o ssD-NAs, y por tenedores de replicación de ADN sin actividad. Las 3 quinasas son reclutadas para loslocales dañados de ADN. Por tanto, está claro que ATM es relevante al tema de este artículo, a saber: RI en radioprotección, mutagénesis, etc (ver, p.ej., Krenzlin et al. 2012).
fosfatidilinositol 3-quinase (PIKK, por La RI de alta dosis (así como otros agentes físi- cos y
phosphatidylino- sitol 3-kinase-like protein kinase). ATMtiene similitud en su carboxy-terminal a los otros miembrosda familia, también conocida como PI (3) K (por phosphatidylinositol-3-OH-kinase). Tres miembros de esta familia son activados por RI (y otros agen tes que dañan el ADN): (1) ATM, (2) ATR (A-T-related and Rad3-related) y (3) DNA-PKcs (DNA-depen dent protein kinase catalytic subunit) – ver, p.ej., McKinnon (2004); Falck et al. (2005). La Figura 3 ilustra la estructura lineal de los 3 miembros de la familia. Los miembros de la familia contienen dominios similares: (1) un dominio FAT, nombrado así porque es un motivo molecular común en otras proteínas relacionadas: FRAPP, ATM e TRRAP, (2) el dominio PI(3)K, usado inicialmente para clasificarATM en la familia PI(3)K, y (3) el dominio FATC, que representa una secuencia de amino-ácidos (aa) enel terminal-C de la proteína. Los discos azules en la Fig. 3 indican señales de localización nuclear, NLSs, y el disco rosa indica la región de zíper de leucina dentro de la molécula de ATM.
químicos) resulta en la quiebra de ADNsde doble filamento (dsDNA por double-stranded DNA). Esas rupturas de dsDNA (DSBs por double- stranded breaks) causan la rápida activación de ATM (p.ej., Stracker et al. 2013), a través de la regulación por el complexo MRN formado por MRE11, RAD50 y NBS1 (p.ej., Difilippantonio & Nussenzweig, 2007; Stracker et al. 2013). ATM también es regulada por la quinasa dependiente de ADN (DNA-PK, p.ej., Le et al. 2013).
El daño al ADN genómico, causado por RI y otros agentes físicos y químicos, ocurre en la vida coti diana. Esos agentes inducen una serie de lesiones al ADN, incluyendo, entre otras, las rupturas de tipo DSBs. En la mayoría de los casos, el reparo del daño reconstituye la estructura fisiológica del ADN. No obstante, si el ADN no es reparado, la situación puede llevar a mutaciones de los genes, aberraciones cromosomales y, hasta transformación
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celular. Si la lesión del ADN no es reparada,la lesión interfiere con la replicación del ADN o con la segregación cromosomal (necesarias para la multiplicación de las células). Esto lleva a la muerte celular programada (p.ej., apoptosis). Por tanto, para que la célula sobreviva a la lesión del ADN, la respuesta celular deberá ser eficiente.
La respuesta celular es dirigida no solamente al reparo de la lesión, pero también a la coordinación
de este reparo con el progreso de la célula a través del ciclo celular (incluyendo la división celular) y a la activación de los eventos de transcripción y tra ducción (de síntesis de ARN y proteínas) relacionados con este proceso global. Como mecanismo de protección adicional, las células de organismos multicelulares tienen la opción de activar el suicidio celular (apoptosis) en las células dañadas para evitar que esas células sean transformadas en células cancerosas. La selección de la respuesta
Figura 4: Señalización ATMen el Reparo de ADN. Fuente: Autor
en cada caso depende del tipo de célula, la localización de ella, y la extensión del daño celular (ver Ludwig et al. 2013; Shiloh &Ziv, 2013).
La respuesta celular a las DSBs involucra un gran número de proteínas asociadas con los PMC del ciclo celular y de reparo, y responsables por: (1) detección de la lesión, (2) inactivación y activación de PMC, (3) reparo de la lesión, y (4) retomada del ciclo celular (ver, p.ej., Lisby et al. 2004). Muchas de esas proteínas son importantes para el reparode otros tipos de daños del ADN. La importanciade los mecanismos de reparo de las DSBs para la preservación de la integridad genómica es enfatizada por su conservación a través de la evolución (ver Lisby et al. 2004, McKinnon, 2004). ATM se une de una forma mejor con ADN después que elADN es sometido a la RI (ver Ludwig et al. 2013;Shiloh &Ziv, 2013). La Figura 4 (adaptada de Mc- Kinnon, 2004), ilustra el papel de ATM en el reparo de ADN. Las flechas rojas indican la secuencia
de los eventos: desde la aplicación de la RI (ADN intacto – parte superior de la Fig. 4) hasta la aplicación de la maquinaria de reparo del ADN (parte inferior de la Fig. 4). En respuesta a las DSBs, vários eventos ocurren para activar a la señalización ATM (i.e., señalización dependiente de ATM).
ATM existe como un complexo multimérico inac tivo que, en respuesta a la lesión de ADN, sufre autofosforilación. Durante ese proceso, el mul tímero es transformado en monómero activo/ fosforilado. La variante de histona H2AX, presente dentro de la cromatina, es fosforilada y sirve como una plataforma de anclaje para los factores de reparo del ADN. El complejo MRN (MRE11- RAD50-NBS1) se forma en el local de la lesióndel ADN junto con BRCA1. La formación de este complejo facilita la colocalización coordenada de ATM junto con otros factores, incluyendo MDC1/ NFBD1 y 53BP1. BRCA1, MDC1 y 53BP1 también
son fosforilados en una forma que depende de
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ATM. La formación de este complejo facilita la respuesta celular al DSB.
Regulación por ATM de los Puntos de Monitoreo/Chequeo del Ciclo Celular
Para mantener la integridad del genoma, las célu las han desarrollado los mecanismos de vigilancia y salvaguarda que llamamos puntos de monitoreo/ chequeo, PMC, del ciclo celular. Esos PMC retardan y pueden interrumpir (cuando necesario) el ciclo celular, después de su activación por el ADNno replicado (i.e. multiplicado) o dañado. La activación del PMC G2- M impide la entrada de la célula a la fase M (mitosis o división celular), evitando así la reproducción de las anomalías celulares. La activación del PMC G2- M necesita de las funciones de las quinasas de los PMC ATM y ATR. Esas 2 proteínas activan muchas de las proteínas involucradas en la regulación del ciclo celular: P53, BRCA1, lasquinasas de los PMC Chk1 y Chk2, etc. Esto traecomo resultado el enlentecimiento o interrupción del ciclo celular (p.ej., Stracker et al. 2013). Las activaciones de los PMC constituyen una respuesta integrada que involucra genes sensores (RAD, BRCA, NBS1), genes traductores (ATM, CHK), y genes efectores (p53, p21, CDK).
Una de las proteínas claves en las vías de monitoreo/chequeo es el producto del gene p53 (supresor de tumor): la proteína P53. El gene p53 coordina el reparo de ADN con la progresión del ciclocelular y apoptosis. En adición a otros mediado - res de la respuesta de los PMC (quinasas CHK, P21), P53 media los dos PMC del ciclo celular que dependen de la lesión del ADN: (1) transiciónG1 - S y (2) transición G2-M. La influencia de la primera transición es más directa y significativa. Para permitir el reparo del ADN dañado, la ATM activada retarda, y hasta interrumpe, el ciclo celular (ver, p.ej. Löbrich & Jeggo, 2005). Para esto, ATMactiva proteínas de los 3 PMC del ciclo celular (G1-S,Intra-S y G2-M): 53BP1, BRCA1, BLM, P53, MDC1,
NBS1, H2AX, RAD17, SMC1, etc. (p.ej., Falck et al. 2001; Goldberg et al. 2003; Lou et al. 2003; Kanget al 2005). Se ha establecido que ATM también busca a la nucleasa Artemis y hasta funciona junto a ella (p.ej., Jeggo & Löbrich, 2005). Como con- secuencia del control de los PMC del ciclo celular por ATM, después de un evento de RI, las células en A-T muestran una interrupción de los 3 PMC (G1-S,Intra-S y G2-M– ver, p.ej., Lavin & Khanna, 1999).Uno de los mecanismos que usa ATM para esto es la fosforilación de las quinasas de los PMC: Chk1 e Chk2. En células normales, cuando el mecanismo
de reparo del ADN dañado no opera adecuadamente, la célula normal pierde su estabilidad genética y puede transformarse en célula cancerosa (ver, p.ej., Burdak - Rothkamm &Prise, 2009).
La temporalización del inicio de la replicación (multiplicación) de ADN depende de la quinasa promotorade la fase S del ciclo celular o SPK (por S phase promoting kinase). La lesión de ADN impide la activación de SPK usando la inhibición (dependiente de ATM y ATR) de Cdk2 y Cdc7. Las vías de señalización de ATM y ATR operan durante el ciclo celular normal para regular el inicio y progresión de la síntesis de ADNy, portanto, tienen la capacidad de impedir la replicación del ADN en la presencia del daño de ADN (p.ej., Smith et al. 2010). Como es el caso para muchas otras proteínas, la activación/fosforilación de ATMrequiere unafosfatasa para su desfosforilación ya que la célula no puede mantener ATM activo todo el tiempo (fosfatasa2A o PP-2A – p.ej., Goodarzi et al. 2004).
La fase del ciclo celular es uno de los determinantes de la radiosensibilidad celular (lei de Bergonié - Trebondeau). Así, el orden de radiosensibilidad de las células, en función del ciclo celular es: (1) transición G2-M, (2) fase G1, y (3) parte final de la fase S. Este conocimiento ha llevado a la conclusión de que la radioterapia funciona mejor en células que sincronizadas en la fase más radiosensible del ciclo celular. La activación de P53 por la RI depende de ATM (Chen et al. 2005). MDM2 y MDMX son reguladores importantes de P53 y, por tanto, son blancos para las señales de estrés.
Punto de Monitoreo/Chequeo G1-S. En A-T, el PMC G1- S es deficiente. Esta deficiencia parece ser cau sada principalmente por un defecto en la fosforila ción (dependiente de ATM) de la proteína P53. Lanoción de que P53 es un blanco de ATM fue introducida por Kastan et al. (1992). Esos investigadores demostraron que, como respuesta a la RI, las célulasde pacientes con A-T carecían de estabilización deP53 y del PMC G1- S (mediado por P53). En células de A-T, la respuesta de P53 ocurre con cinética reducida y retardada (Kaliberov & Buchsbaum,2012). Aún más, las células de homozigotes A-T demostraron el defecto en la respuesta de P53 a la luz ultravioleta, sugiriendo que diferentes tipos de daño de ADN pueden señalizar diferentementea P53 y que, después de un asalto a la célula conRI, ATM es específicamente requerido para la estabilización de P53 (Kaliberov & Buchsbaum, 2012). Los datos experimentales sugieren que ATM y ATRactúan en paralelo en respuesta al daño del ADN, teniendo las dos proteínas varios puntos de contacto, pero respondiendo principalmente a diferentes tipos de daño del ADN(Ludwig et al. 2013). La Figura 5
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ilustra cómo ATM, y su blanco Chk2 (que también depende de ATM para su activación), pueden actuar en sincronía para garantizar una óptima estabilización y activación de P53.
PuntodeMonitoreo/ChequeoIntra-S. Laactivación delPMC de la fase S (i.e. Intra-S) es manifestada como un retardo en la síntesis de ADNreplicativo en respuesta ala lesión del ADN. En A-T, las células tienen un PMC de
Figura 5: Control del ciclo celular por ATM.
Fuente: Autor
la fase S que es deficiente, lo que es demostrado por la radioresistencia de la síntesis de ADN. Esas caracterís ticas también son observadas en células de pacientescon NBS y enfermedades relacionadas a A-T (AT-LD por A-T like disorder). La identificación de NBS1/Nibrina(el producto del gene deficiente en NBS), como partede un complejo con MRE11 y RAD50, dio la primeraconexión entre el complexo MRE11 y el PMC a la faseS (p.ej., Carney et al. 1998). La superposición entre losfenotipos de A-T, NBS y AT-LD sugiere que el complejo MRE11 funciona en el mismo camino de señalizaciónque ATM (p.ej., Ludwig et al. 2013; Shiloh &Ziv, 2013).Esta hipótesis es apoyada por el hecho de que ATMfosforila Nibrina y que las mutaciones de este local de fosforilación interrumpen el PMC de la fase S (p.ej., Ludwiget al. 2013;Shiloh&Ziv, 2013).
Punto de Monitoreo/Chequeo G2-M. Cuando las lesiones del ADN ocurren durante la fase G2, este punto impide el que las células entren en la fase de mitosis (M). A diferencia de las células normales, las células en A-T no consiguen parar su entrada en la fase M cuando irradiadas durante G2. La RI estimula la fosforilación/activación de Chk1 y Cds1/Chk2. La activación de Chk2 depende de ATM (p.ej., Ludwig et al. 2013). Aparte de eso, ATM puede activar directamente Chk2, lo queparece ser requerido para una mayor activación deChk2 después de RI (ver Ludwig et al. 2013; Shiloh & Ziv, 2013). La Fig. 6 ilustra un esquema simplificado de las relaciones entre ATM, sus factores estimuladores (i.e. complejo MRN) y algunos de sus
blancos moleculares. Note que las flechas indican conexión entre ATM y factores relacionados. Así, por ejemplo, MRN antecede a la activación de ATMy esta última antecede a la activación del factor de transcripción NFκ B.
Conclusión
El papel que ATM desempeña en el reparo del daño de ADN causado por las RI demuestra la complejidad del análisis de los efectos a largo plazo dela radiación ambiental causada por el desastre de Fukushima. Los mecanismos de señalización relacionados con AT M permiten entender la complejidad de los efectos colaterales de las RI (p.ej., Fernet & Hall, 2004). El avance en el área de la genómica y de la ingeniería genética permite que en el futuro próximo sea posible anticipar la radiosensibilidad de individuos a partir de la genómica y que sea posible tratar la radiosensibilidad a través por medio deingeniería genética (ver, p.ej., Gueven et al. 2006).
Las revelaciones por miembros del gobierno japonésy de la industria nuclear japonesa de que no fueron honestos con el pueblo en relación a la información dada al mundo sobre el nivel de daño causada enel desastre de Fukushima (y por eso obtuvieron la sede de los próximos Juegos Olímpicos), nos alertaa estar vigilantes y resueltos a solicitar con firmeza a nuestros gobiernos que comiencen a tomar acción para contrarrestar la contaminación tóxica-y-radio- lógica causada por la liberación de los elementos
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Figura 6: Esquemasimplificado de la relación entre RI, ATMy sus estímulos y blancos moleculares. Fuente: Autor
más mortíferos conocidos por la humanidad: pluto nio, uranio, etc. (ver Bustamante Pérez, 2013). La Universidad de Guayaquil (UG) está en un proceso de re-estructuración y planificación para el futuro próximo. Fukushima ofrece una gran y única oportunidad para implementar programas académicos de enseño e investigación, que ayudan a proteger la costa ecuatoriana y todo nuestro país (ver Busta mante, 2013). Este esfuerzo resultará, sin duda, en reconocimiento nacional e internacional de la UGIII .
Desde mi llegada a Guayaquil, he encontrado con frecuencia vegetales deformados. La Figura 7 ilus tra unas muestras compradas por mí. Si las deformaciones
genéticas son debidas a RI o a tóxicos usados en la agroindustria es imposible determinar en este momento porque, desde mi llegada a Ecuador en noviembre de 2012, he tratado sin éxito de encontrar a alguien que me preste instrumentos portátiles para medir la radiación ambiental. Esta es una de las razones que me han motivado a proponer Prog ramas Estratégicos de Investigación y Vinculación con la Sociedad que incluyan monitoreo de la radioactividad ambiental. Este es-fuerzo puede ser coordinado con el Programa de Biofísica de la Escuela Politécnica de Chimborazo (ESPOCH), programa con quien el autor ya ha discutido proyectos de colaboración sobre este tema.
I No podemos tomar la palabra de los gobernantes del Japón y de la industria nuclear como honestas. Ya nos han engañado lo suficiente. En Ecuador tenemos el caso de la catástrofe ambiental y secuela de Salud Pública dejada por Chevrón. En Vietnam, Laos y Cambodia, tuvimos el Agente Naranja que, aparte de haber causado una catástrofe ambiental en Indochina, dejó la secuela de malformaciones teratogénicas. En Iraq todavía tenemos la catástrofe ambiental y secuela de malformaciones causadas por los EUA y aliados usando desecho radioactivo como arma militar (desecho llamado cariñosamente como uranio empobrecido o DU - ver Bustamante Pérez, 2013). No tenemos el lujo de permanecer pasivos y apáticos ante tal ataque ambiental por los geo-ingenieros del mundo, que nos imponen impuestos decarbón y nos empujan la propaganda del efecto estufa, mientras dispersan radioactividad por el mundo entero.
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Figura 7: Tomates comprados por el autor enGuayaquil durante 2013.
Fuente: Autor
Reconocimientos
El autor es beneficiado por el Proyecto Becas Prometeo de la Secretaría de Educación Supe rior, Ciencia, Tecnología e Innovación (SENES CYT), República del Ecuador. El autor, por tanto, desea
extender su agradecimiento por talhonor y privilegio. El autor ofrece su gratitud al Proyecto B ecas Prometeo por revisar el manuscrito y ha cer recomendaciones para su versión final antes del envío del manuscrito a esta Revista1 .
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1 El lector debe notar la incorporación del apellido de mi madre Pérez en mi nombre. Esto se debe al hecho de que cuando me mudé para Canadá en 1978, los oficiales del servicio de inmigración me dijeron que solamente se usaba un apellido en Canadá. Cuando viví en Brasil (1997-2009), no tuve la oportunidad porque en Brasil, el segundo apellido es el del padre. Comoahora vivo en Ecuador, aprovecho esta oportunidad para honrar a mi fallecida madre reincorporando su apellido a mi nombre original.
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