agosto 08, 2014

Mobile DNA elements restructure cancer genomes

Hundreds of mutations in lung and colorectal cancers caused by previously overlooked mechanism

 

Researchers have found a novel mechanism that can restructure a cancer's genome and introduce hundreds of mutations. Previously overlooked through misidentification, this mechanism, a common feature of lung and colorectal cancers, raises questions about the effect environmental factors can have on the evolution of a tumour.

Seventeen per cent of the human genome is comprised of 'parasitic', repeated DNA segments called LINE-1 elements that, occasionally, copy themselves and move to new locations in the genome. More rarely, they will aberrantly pick up a piece of adjacent, non-LINE-1 DNA and copy that to a new site: this is known as LINE-1 transduction.

"One in four of all LINE-1 events causing mutations in cancer is due to transduction, a significant contribution to the mutation landscape that has not previously been documented," says Dr Peter Campbell, senior author from the Wellcome Trust Sanger Institute. "Until this work, changes of this type remained mostly ignored because they were misinterpreted; now it's important that we understand this process."
 
Looking at 290 tumour samples from 12 different cancer types, the team found 3,000 sites where LINE-1 elements were mobilised solely in the tumour. In 24 per cent of the sites, small pieces of non-repetitive DNA were transduced by LINE-1 into another position in the genome, sometimes mobilising exons and even complete genes. These transductions were particularly common in lung and colorectal cancers. Researchers believe this may be caused by changes in methylation levels, which can be caused by environmental factors.

The researchers developed an algorithm that can search through the genome of a cancer sample and identify the origin and subsequent locations of the mobile LINE-1 elements. Strikingly, of the 500,000 LINE-1 elements that are found in the human genome, this study identified just 74 that reproduce themselves in cancer genomes. Of these, just two gave rise to one-third of all the transduction events identified in the study. Researchers also analysed the activity of LINE-1 elements in a tumour over time. They found that different elements became active and inactive at different points.

"Finding so few LINE-1 elements active in these tumours was surprising, so we looked to see if we could find a molecular explanation for this privileged activity" says Dr Jose Tubio, first author from the Sanger Institute. "We found that methylation of LINE-1 plays a crucial role in switching the elements on and off."
 
Larger datasets will be required to answer questions raised in this research about the functional consequences for individual genes interrupted by LINE-1 events and the influence these events may have on the development of a cancer. Researchers will now apply their method to 2,000 cancer samples collected by the Pan-Cancer Initiative, a collaboration involving The Cancer Genome Atlas and the International Cancer Genome Consortium.

"We believe that the majority of LINE-1 events are likely to be passenger mutations rather than drivers in cancer evolution," says Dr Campbell. "To understand the functional impact of these events on genes and on the progression of a tumour, we will need to survey the topography of cancer mobile elements in considerably larger scale, across thousands of cancer genomes, integrated with other mutational processes and transcriptional data."

Publication details:
Extensive transduction of non-repetitive DNA mediated by L1 retrotransposition in cancer genomes, by Tubio, JMC et al, Science 2014, DOI: 10.1126/science.1251343

In a human lung cancer, the figure shows transductions generated by a L1 element that is located at chromosome 22. That particular element is very active in tumour genomes

 

agosto 05, 2014

Visitando 'V television'

El equipo del Programa Vía V del canal V Televisión me invitó a charlar sobre cuestiones relativas a la investigación que realizo en Cambridge, aprovechando mi paso por Galicia el 13 de Marzo del 2014. La entrevista puede verse picando en el siguiente link:

http://www.vtelevision.es/informativos/viav/2014/03/13/0031_6_204361.htm

Muchas gracias a todo el equipo, y un saludo especial a Fernanda Tabarés y Paloma Ferro.

Irónico Watson

Recordarán que hace unos días James Watson, codescubridor de la estructura helicoidal del ADN y premio Nobel en 1962, fue noticia por publicar en un artículo de opinión que los suplementos nutritivos antioxidantes podrían causar más tumores que los que previenen. Eso sí, como siempre, Watson se anotaba un tanto con su archiconocido estilo irónico, explicando que el químico Linus Pauling, defensor del papel de la vitamina C como agente anticancerígeno, murió de cáncer de próstata a pesar de tomar todos los días 12 gramos de esa vitamina.

Hoy en día hay muchos seguidores de la tendencia creada por Pauling. Recuerdo que tuve un profesor de Bioquímica que alardeaba de tomar todos los días sus gramos de vitamina C. Hay que decir, en su favor, que es uno de los profesores más longevos y que se le ve muy activo. Pero, dejando a un lado los ejemplos a título personal, lo cierto es que hay una popular red comercial en torno a los suplementos antioxidantes, desde bebidas hasta complejos granulados. Por ejemplo, una famosa marca de cereales les adiciona un extra de ácido fólico. El ácido fólico es tomado por muchas mujeres que desean quedarse embarazadas, porque es bueno para el desarrollo embrionario del feto, pero los efectos beneficiosos para el feto también podrían serlo para un tumor porque, al fin y al cabo, ambos procesos biológicos (el desarrollo de un feto y el crecimiento de un tumor) guardan muchas homologías.

A Watson no le falta la razón, aunque su comentario no es novedoso. Hace ya unos cuatro años que escuché en una conferencia a María Blasco, actual directora del CNIO, comentando que el consumo de antioxidantes en cantidades altas podría tener resultados opuestos a lo esperado. A pesar de todo, hay que decir que Watson no es un buen ejemplo a seguir, pues le he oído decir que se tomaba todos los medicamentos que podrían tener algún efecto en la longevidad ya que, a sus 84 años, ya no iba a morirse por los efectos perjudiciales de los mismos. ¡Irónico Watson!*

*Publicado en La Voz de Galicia el Lunes 21 de Enero de 2013

La Máquina de Sydney

Una vez tuve la ocasión de tomar un café con Sydney Brenner, premio Nobel de Medicina y uno de los tres científicos que más contribuyeron al desarrollo de la Biología molecular en el siglo XX. Nunca olvidaré la sorpresa que me llevé cuando abrió la puerta de su domicilio en Ely —Inglaterra— y nos recibió, a un colega y a mí, en zapatillas y bata de andar por casa.

Durante nuestra conversación, Sydney nos reveló su particular visión del futuro: «Un día entrarás al supermercado, y allí será muy común encontrarse una máquina de ADN. Meterás el dedo en dicha máquina y te extraerá una diminuta muestra de sangre, a partir de la cual obtendrá tu perfil genético en cuestión de segundos. Si en tu ADN hubiera algo novedoso, obtendrías un premio en metálico».

Durante mi vuelta a Cambridge, en el tren, no pude evitar recordar aquella película titulada Gattaca sobre una sociedad del futuro en la cual los avances tecnológicos en el ámbito de la genética regían la vida de todos los habitantes. La película nos cuenta la historia de un chico que, al nacer, le dicen a sus padres que, por sus rasgos genéticos, tendría muchas posibilidades de sufrir una enfermedad cardiovascular.

En Gattaca las personas eran catalogadas en aptos y no aptos desde su nacimiento para desempeñar determinados trabajos, de acuerdo con sus respectivos perfiles genéticos. Dejando a un lado, por el momento, las cuestiones éticas subyacentes a esta historia, una sociedad así requeriría una máquina como la que describía Sydney; una máquina capaz de obtener y analizar el ADN de las personas en cuestión de segundos, y tan común que te la podrías encontrar hasta en un supermercado. Me preguntaba entonces cuán lejos estamos de convertirnos en la sociedad de Gattaca.

En junio del año 2000, Bill Clinton presentaba al mundo la secuencia del genoma humano. Si no lo sabe, le diré que un genoma comprende el ADN de una célula, y que el ADN es la molécula que porta nuestra información genética. Entonces, la secuenciación del genoma humano se equiparaba al hito de haber pisado la Luna, pero al poco tiempo surgieron voces de científicos desconcertados por el poco impact que dicho logro estaba teniendo. Se empezaba a pensar que las expectativas del proyecto habían sido sobreestimadas. La secuenciación del primer genoma humano había tardado 13 años en conseguirse, y tuvo el coste astronómico de tres mil millones de dólares. James Watson, que 50 años atrás había descubierto la estructura del ADN, llegó a decir que, aunque estaba orgulloso de los resultados del proyecto Genoma Humano, este no cambiaría decisivamente la medicina hasta que la secuenciación de genomas personales fuera muy barata.

Catorce años después, el desarrollo de las tecnologías de secuenciación nos ha llevado a disponer de máquinas que permiten secuenciar el genoma de una persona en cuestión de horas y por menos de mil euros. En manos de los científicos, esta tecnología nos está permitiendo avanzar más rápido que nunca en nuestra lucha contra enfermedades como el cáncer o el alzhéimer. En manos de aseguradoras y bancos, la información de nuestros genes puede ser empleada para clasificarnos en aptos y no aptos de cara a concedernos un seguro médico o una hipoteca. Parece, pues, que cada vez nos parecemos más a Gattaca.

Una curiosidad más: actualmente existen prototipos de máquinas que permiten secuenciar un genoma en minutos, que podrían venderse por menos de cien euros, y tan pequeñas que caben en una mano. ¿Será esta la máquina de la que me hablaba Sydney?*

*Publicado en La Voz de Galicia el Jueves 20 de Marzo de 2014