Cómo un pequeño “motor” celular ayuda a proteger nuestro ADN mitocondrial

02.07.2025

Twinkle está compuesto por un dominio de primasa ancestral en el extremo N-terminal y un dominio de helicasa en el extremo C-terminal (magenta). Imagen: Borja Ibarra.

• Investigadores de IMDEA Nanociencia observan en tiempo real la cinética de Twinkle, una proteína crucial para la copia y preservación del ADN mitocondrial.
• El estudio revela que la actividad de Twinkle está fuertemente autorregulada por dominios específicos dentro de la propia proteína.

Tweet

Instance: Share

Madrid, 3 de junio de 2025. En un paso hacia la comprensión de cómo nuestras células mantienen una producción energética saludable, investigadores del Instituto IMDEA Nanociencia han revelado el funcionamiento interno de “Twinkle”, una proteína crucial para copiar y preservar el ADN mitocondrial. El estudio, que combina técnicas bioquímicas y de molécula individual, muestra cómo Twinkle actúa en tiempo real y cómo su actividad está estrictamente regulada, aportando información clave para entender enfermedades mitocondriales y el envejecimiento.

Las mitocondrias, conocidas como las centrales energéticas de la célula, dependen de su propio ADN para funcionar correctamente. Twinkle es la helicasa, un tipo de motor molecular, que desenrolla este ADN para que pueda ser copiado con precisión. La nueva investigación muestra que Twinkle no avanza simplemente de forma automática; en cambio, escanea cuidadosamente el ADN de doble cadena para localizar el sitio exacto donde debe actuar. Una vez allí, las interacciones específicas con el ADN y otras partes reguladoras de la proteína lo ralentizan, permitiendo un mayor control y precisión.

Dos partes clave en esta regulación son el dominio de unión a Zinc (ZBD) y la cola C-terminal de la proteína Twinkle. Estas regiones actúan como frenos incorporados, ajustando la velocidad de la helicasa según las condiciones. Curiosamente, cuando otra proteína llamada mtSSB se une al ADN, parece anular el efecto de frenado, permitiendo que Twinkle se mueva con mayor libertad. El estudio también encontró que los mismos componentes que controlan el desenrollado también afectan cómo la helicasa vuelve a enrollar el ADN si se detiene, lo que sugiere un mecanismo de autorregulación finamente ajustado.

Esta investigación abre la puerta a estudios aún más detallados sobre el comportamiento de Twinkle en el contexto completo de la maquinaria de replicación del ADN mitocondrial. Comprender estos mecanismos es vital, ya que los defectos en la replicación del ADN mitocondrial están relacionados con una variedad de trastornos mitocondriales que pueden afectar músculos, nervios y niveles de energía.

Este trabajo es una colaboración entre científicos del Instituto Madrileño de Estudios Avanzados en Nanociencia (IMDEA Nanociencia), la Universidad del Norte de Florida, el Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas (CNIO) y el Centro Nacional de Biotecnología (CNB). Está parcialmente financiado por la acreditación de Excelencia Severo Ochoa otorgada a IMDEA Nanociencia (CEX2020-001039-S).

Glosario:

• Twinkle: Una proteína helicasa encontrada en las mitocondrias humanas que es esencial para desenrollar el ADN mitocondrial durante la replicación.
• Replisoma Mitocondrial: El conjunto completo de proteínas, incluyendo Twinkle, que trabajan juntas para replicar el ADN mitocondrial dentro de las células.

Referencia:

Ismael Plaza et al. Autoregulation of the real-time kinetics of the human mitochondrial replicative helicase. Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-60289-0

 Enlace al repositorio de IMDEA Nanociencia: https://hdl.handle.net/20.500.12614/4018

Contacto:

Borja Ibarra
borja.ibarra [at] imdea.org
https://nanociencia.imdea.org/molecular-motors-manipulations-lab/group-home
Bluesky: @3M_Lab.bsky.social

Oficina de Divulgación y Comunicación en IMDEA Nanociencia
divulgacion.nanociencia [at]imdea.org
  

Fuente: IMDEA Nanociencia.

El Instituto IMDEA Nanociencia es un centro de investigación interdisciplinar en Madrid dedicado a la exploración de la nanociencia y el desarrollo de aplicaciones de la nanotecnología en relación con industrias innovadoras. IMDEA Nanociencia es un centro de Excelencia Severo Ochoa desde 2017, máximo reconocimiento a la excelencia investigadora a nivel nacional.