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Articulo de referencia

ADN polimerasa II

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La ADN polimerasa II (también conocida como ADN Pol II o Pol II ) es una ADN polimerasa dependiente de ADN procariota codificada por el gen PolB. [ 1 ]

La ADN polimerasa II es una proteína de 89,9 kDa y pertenece a la familia B de las ADN polimerasas. Fue aislada originalmente por Thomas Kornberg en 1970 y caracterizada durante los años siguientes. [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] La funcionalidad in vivo de la Pol II está en debate, pero existe consenso en que participa principalmente como enzima de respaldo en la replicación del ADN procariota . La enzima tiene capacidad de síntesis de ADN 5′→3′ , así como actividad de corrección de pruebas exonucleasa 3′→5′ . La ADN Pol II interactúa con múltiples socios de unión comunes con la ADN Pol III para mejorar su fidelidad y procesividad . [ 1 ]

Descubrimiento

La ADN polimerasa I fue la primera ADN polimerasa dirigida por ADN aislada de E. coli . [ 5 ] Varios estudios con esta enzima aislada indicaron que la ADN pol I probablemente participaba en la replicación de reparación y no era la principal polimerasa replicativa. [ 6 ] Para comprender mejor el papel in vivo de la ADN pol I, De Lucia y Cairns generaron en 1969 mutantes de E. coli deficientes en esta enzima (denominados Pol A1 − ). [ 7 ] Como se caracterizó, esta nueva cepa mutante era más sensible a la luz ultravioleta , corroborando la hipótesis de que la ADN pol I participaba en la replicación de reparación. El mutante creció a la misma velocidad que el tipo silvestre , lo que indica la presencia de otra enzima responsable de la replicación del ADN . El aislamiento y la caracterización de esta nueva polimerasa involucrada en la replicación semiconservativa del ADN siguieron, en estudios paralelos realizados por varios laboratorios. [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] La nueva polimerasa se denominó ADN polimerasa II, y durante un tiempo se creyó que era la principal enzima replicativa de E. coli . [ 8 ] La ADN pol II fue cristalizada por primera vez por Anderson et al. en 1994. [ 9 ]

En 2023 se informó que la transcripción acelerada relacionada con el envejecimiento hace que la Pol II cometa más errores, lo que da lugar a copias defectuosas que pueden causar numerosas enfermedades. [ 10 ]

Estructura

La ADN polimerasa II (ADN Pol II) es una proteína de 89,9 kD, compuesta por 783 aminoácidos, codificada por el gen polB (dinA). Esta proteína globular funciona como monómero, mientras que otras polimerasas forman complejos. El monómero se divide en tres secciones principales, conocidas coloquialmente como la palma, los dedos y el pulgar. Esta "mano" se cierra alrededor de una hebra de ADN. La palma del complejo contiene tres residuos catalíticos que se coordinan con dos iones metálicos divalentes para su funcionamiento. La ADN Pol II se encuentra en alta concentración en la célula, entre 30 y 50 copias, mientras que la cantidad de ADN Pol III es cinco veces menor.

Estructura general en forma de "mano" de una polimerasa del grupo B ( PDB : 3NCI )

Similitud con otras polimerasas del grupo B

La mayoría de las polimerasas se han agrupado en familias según su estructura y función similares. La ADN polimerasa II pertenece al Grupo B junto con las ADN polimerasas humanas α, δ, ε y ζ. Todas ellas son homólogas de RB69, 9°N-7 y Tgo. Los demás miembros del Grupo B poseen al menos una subunidad adicional, lo que hace que la ADN polimerasa II sea única. [ 11 ]

Función

Confirmado

Todas las polimerasas participan de alguna manera en la replicación del ADN , sintetizando cadenas de ácidos nucleicos. La replicación del ADN es un aspecto vital para la proliferación celular. Sin replicar su ADN, una célula no puede dividirse ni transmitir su información genética a la descendencia. En procariotas, como E. coli , la ADN polimerasa III es la principal implicada en la replicación del ADN. Si bien la ADN polimerasa II no desempeña un papel fundamental en la replicación cromosómica, cumple otras funciones.

La ADN polimerasa II participa en la replicación del ADN. Si bien no es tan rápida como la ADN polimerasa III, posee ciertas capacidades que la convierten en una enzima eficaz. Esta enzima presenta actividad exonucleasa 3′→5′ asociada , además de actividad primasa . La ADN polimerasa II es una enzima de alta fidelidad con una tasa de error de sustitución de ≤  2×10⁻⁶ y una tasa de error de desplazamiento de marco de lectura de ≤  1× 10⁻⁶ . La ADN polimerasa II puede corregir y procesar los desajustes causados ​​por la polimerasa III. Banach-Orlowska et al. demostraron que la ADN polimerasa II participa en la replicación, pero depende de la hebra y replica preferentemente la hebra rezagada . Un mecanismo propuesto sugiere que, cuando la ADN polimerasa III se detiene o deja de ser funcional, la ADN polimerasa II puede ser reclutada específicamente al punto de replicación y continuar la replicación. [ 1 ]

Existen muchas formas diferentes en que el ADN puede dañarse, desde el daño por radiación UV hasta la oxidación, por lo que es lógico que existan diferentes tipos de polimerasas para reparar estos daños. Una función importante de la ADN Pol II es ser la principal polimerasa para la reparación de los enlaces cruzados entre cadenas. Estos enlaces cruzados son causados ​​por sustancias químicas como la mostaza nitrogenada y el psoraleno, que crean lesiones citotóxicas. Reparar estas lesiones es difícil porque ambas cadenas de ADN han sido dañadas por el agente químico y, por lo tanto, la información genética en ambas cadenas es incorrecta. El mecanismo exacto de cómo se reparan estos enlaces cruzados entre cadenas aún se está investigando, pero se sabe que la Pol II está altamente involucrada. [ 11 ]

Actividad

La ADN Pol II no es la polimerasa más estudiada, por lo que existen muchas funciones propuestas para esta enzima, todas ellas funciones probables pero que en última instancia no están confirmadas: [ 1 ]

  • Reparación del ADN dañado por la radiación UV.
  • Reinicio de la replicación en E. coli irradiada con UV
  • mutagénesis adaptativa
  • supervivencia a largo plazo

Mecanismo

Sitio activo de reparación de la ADN polimerasa II (ID de PDB: 3K5M)

Durante la replicación del ADN, los pares de bases están sujetos a daños en la secuencia. Una secuencia de ADN dañada puede causar que la replicación se detenga. [ 12 ] Para corregir un error en la secuencia, la ADN Pol II cataliza la reparación de los pares de bases de nucleótidos. Estudios in vitro han demostrado que la Pol II interactúa ocasionalmente con proteínas accesorias de la Pol III (pinza β y complejo de carga de pinza) lo que le da a la Pol II acceso a la cadena naciente en crecimiento. [ 1 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] Con respecto a la función de la ADN Pol II durante la replicación del ADN, esto tiene sentido ya que cualquier error que produzca la Pol III estará en la cadena en crecimiento y no en la cadena conservada. El dominio N-terminal de la ADN Pol II es responsable de la asociación y disociación de la cadena de ADN a la subunidad catalítica. Lo más probable es que haya dos sitios en el dominio N-terminal de la ADN Pol II que reconozcan el ADN monocatenario. Un sitio o sitios son responsables de reclutar ADN monocatenario a la ADN Pol II y otro sitio o sitios son responsables de la disociación del ADN monocatenario de la ADN Pol II. [ 16 ]

Sitio activo de la ADN polimerasa II (PDB ID 3K5M)

Tras la unión del sustrato, la ADN polimerasa II se une a los nucleósido trifosfatos para mantener la estructura de enlaces de hidrógeno del ADN. A continuación, se une el dNTP correcto y el complejo enzimático experimenta cambios conformacionales de subdominios y residuos de aminoácidos. Estos cambios conformacionales permiten que la velocidad de síntesis de reparación sea rápida. [ 17 ] El sitio activo contiene dos iones Mg²⁺ que se estabilizan mediante los ácidos aspárticos catalíticos D419 y D547. [ 18 ] Los iones de magnesio se unen al ADN junto con el dNTP en el estado abierto y coordinan los cambios conformacionales de los residuos de aminoácidos del sitio activo para que tenga lugar la catálisis (estado cerrado). Tras la liberación de los iones de magnesio, la enzima vuelve a su estado abierto. [ 19 ]

Distribución de las especies

Procariota

La ADN polimerasa II pertenece a la familia de las polimerasas B y apoya a la polimerasa III en la replicación del ADN, avanzando desde el extremo 3′ al extremo 5′. [ 20 ] En caso de que la polimerasa III se detenga durante un error de replicación, la polimerasa II puede interrumpir y eliminar las bases mal emparejadas. La polimerasa II tiene un factor de fidelidad mucho mayor que la polimerasa III, lo que significa que es mucho menos probable que genere apareamientos erróneos. Sin la corrección de la polimerasa II, la polimerasa III extendería los apareamientos erróneos y, por lo tanto, crearía una mutación. [ 1 ]

Además de proteger contra las mutaciones que podría causar la polimerasa III, la polimerasa II protege contra las mutaciones causadas por la polimerasa IV. La polimerasa IV es mucho más propensa a errores que la polimerasa II, pero también repara los apareamientos de bases incorrectos a partir del extremo 3′. La polimerasa II protege el extremo 3′ de la acción de la polimerasa IV y bloquea su acción. Esta protección evita la formación de mutaciones mientras la polimerasa II funciona con normalidad. Si la polimerasa II se inactiva por una mutación o por otros factores, la polimerasa IV la reemplaza para corregir las bases mal apareadas. [ 1 ]

Eucariota

Aunque la polimerasa II no funciona de forma natural junto con los miembros eucariotas de la familia B, comparte motivos estructurales y funcionales similares. Los miembros de la familia B incluyen las polimerasas α , ε , ζ y δ . Todas estas polimerasas se encargan de corregir el ADN recién sintetizado en la dirección 3′→5′. Son capaces de sintetizar ADN tanto en la hebra conductora como en la rezagada. Esta clase de polimerasas tiende a ser muy precisa, lo que les permite corregir cualquier apareamiento erróneo que ocurra durante la síntesis de ADN. [ 20 ]

Regulación

La ADN polimerasa II es naturalmente abundante en la célula, generalmente en una cantidad cinco veces mayor que la de la polimerasa III. Esta mayor abundancia permite que la polimerasa II predomine sobre la polimerasa III en caso de apareamientos erróneos. Esta cantidad puede incrementarse al inducirse la respuesta SOS, que aumenta la expresión del gen polB, de modo que la cantidad de polimerasa II se incrementa hasta aproximadamente siete veces. Aunque la polimerasa II puede actuar sobre ambas hebras, se ha demostrado que prefiere la hebra rezagada a la hebra conductora. [ 1 ]

Véase también

Referencias

  1. ^ Banach - Orlowska M, Fijalkowska IJ , Schaaper RM, Jonczyk P (octubre de 2005 ) . "ADN polimerasa II como factor de fidelidad en la síntesis de ADN cromosómico en Escherichia coli" . Microbiología Molecular . 58 (1): 61– 70. doi : 10.1111/j.1365-2958.2005.04805.x . PMID 16164549 . 
  2. 1 2 Kornberg T, Gefter ML (septiembre de 1970). "Síntesis de ADN en extractos libres de células de un mutante defectuoso en la ADN polimerasa". Biochemical and Biophysical Research Communications . 40 (6): 1348– 55. Bibcode : 1970BBRC...40.1348K . doi : 10.1016/0006-291X(70)90014-8 . PMID 4933688 . 
  3. 1 2 Moses RE, Richardson CC (diciembre de 1970). "Una nueva actividad de ADN polimerasa de Escherichia coli. I. Purificación y propiedades de la actividad presente en E. coli polA1". Biochemical and Biophysical Research Communications . 41 (6): 1557– 64. Bibcode : 1970BBRC...41.1557M . doi : 10.1016/0006-291X(70)90565-6 . PMID 4922636 . 
  4. 1 2 Knippers R (diciembre de 1970). "ADN polimerasa II". Nature . 228 (5276): 1050– 3. Bibcode : 1970Natur.228.1050K . doi : 10.1038/2281050a0 . PMID 4921664. S2CID 4211529 .  
  5. ↑ Lehman IR, Bessman MJ, Simms ES, Kornberg A (julio de 1958). "Síntesis enzimática de ácido desoxirribonucleico. I. Preparación de sustratos y purificación parcial de una enzima de Escherichia coli" . The Journal of Biological Chemistry . 233 (1): 163–70 . doi : 10.1016/S0021-9258(19)68048-8 . PMID 13563462 . 
  6. ↑ Smith DW, Schaller HE, Bonhoeffer FJ (mayo de 1970). "Síntesis de ADN in vitro". Nature . 226 (5247): 711–3 . Bibcode : 1970Natur.226..711S . doi : 10.1038/226711a0 . PMID 4910150. S2CID 1505496 .  
  7. ↑ De Lucia P, Cairns J (diciembre de 1969). "Aislamiento de una cepa de E. coli con una mutación que afecta a la ADN polimerasa". Nature . 224 ( 5225): 1164– 6. Bibcode : 1969Natur.224.1164D . doi : 10.1038/2241164a0 . PMID 4902142. S2CID 4182917 .  
  8. ↑ Kornberg T, Gefter ML (abril de 1971). "Purificación y síntesis de ADN en extractos libres de células: propiedades de la ADN polimerasa II" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 68 (4): 761–4 . Bibcode : 1971PNAS...68..761K . doi : 10.1073/pnas.68.4.761 . PMC 389037. PMID 4927672 .  
  9. ↑ Anderson WF, Prince DB, Yu H, McEntee K, Goodman MF (abril de 1994). "Cristalización de la ADN polimerasa II de Escherichia coli". Journal of Molecular Biology . 238 (1): 120–2 . doi : 10.1006/jmbi.1994.1765 . PMID 8145251 . 
  10. ↑ Debès, Cédric; Papadakis, Antonios; Grönke, Sebastian; Karalay, Özlem; Tain, Luke S.; Mizi, Athanasia; Nakamura, Shuhei; Hahn, Oliver; Weigelt, Carina; Josipovic, Natasa; Zirkel, Anne; Brusius, Isabell; Sofiadis, Konstantinos; Lamprousi, Mantha; Lu, Yu-Xuan; Huang, Wenming; Esmaillie, Reza; Kubacki, Torsten; Späth, Martin R.; Schermer, Bernhard; Benzing, Thomas; Müller, Roman-Ulrich; Antebi, Adam; Partridge, Linda; Papantonis, Argyris; Beyer, Andreas (12 de abril de 2023). "Los cambios asociados al envejecimiento en la elongación transcripcional influyen en la longevidad" . Nature . 616 (7958): 814– 821. Bibcode : 2023Natur.616..814D . doi : 10.1038/s41586-023-05922- y . PMC 10132977. PMID 37046086 .  
  11. 1 2 Bebenek K, Kunkel TA (2004). "Funciones de las ADN polimerasas". Advances in Protein Chemistry . 69 : 137–65 . doi : 10.1016/S0065-3233(04)69005-X . ISBN 9780120342693. PMID 15588842 . 
  12. ↑ Becherel OJ, Fuchs RP (julio de 2001). "Mecanismo de mutagénesis por cambio de marco mediada por la ADN polimerasa II" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 98 (15): 8566–71 . Bibcode : 2001PNAS...98.8566B . doi : 10.1073/pnas.141113398 . PMC 37476. PMID 11447256 .  
  13. ↑ Wickner S, Hurwitz J (octubre de 1974). "Conversión del ADN viral phiX174 a forma de doble cadena mediante proteínas purificadas de Escherichia coli" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 71 (10): 4120–4 . Bibcode : 1974PNAS...71.4120W . doi : 10.1073/pnas.71.10.4120 . PMC 434340. PMID 4610569 .  
  14. ↑ Hughes AJ, Bryan SK, Chen H, Moses RE, McHenry CS (marzo de 1991). "La ADN polimerasa II de Escherichia coli es estimulada por las subunidades auxiliares de la holoenzima ADN polimerasa III" . The Journal of Biological Chemistry . 266 (7): 4568–73 . doi : 10.1016/S0021-9258(20)64360-5 . PMID 1999435 . 
  15. ↑ Bonner CA, Stukenberg PT, Rajagopalan M, Eritja R, O'Donnell M, McEntee K, et al. (junio de 1992). "Síntesis procesiva de ADN por la ADN polimerasa II mediada por proteínas accesorias de la ADN polimerasa III" . The Journal of Biological Chemistry . 267 (16): 11431–8 . doi : 10.1016/S0021-9258(19)49928-6 . PMID 1534562 .  
  16. ↑ Maki S, Hashimoto K, Ohara T, Sugino A (agosto de 1998). "La ADN polimerasa II (épsilon) de Saccharomyces cerevisiae se disocia de la plantilla de ADN al detectar ADN monocatenario" . The Journal of Biological Chemistry . 273 (33): 21332–41 . doi : 10.1074/jbc.273.33.21332 . PMID 9694894 . 
  17. ↑ Beard WA, Wilson SH (mayo de 2014). " Estructura y mecanismo de la ADN polimerasa β" . Biochemistry . 53 (17): 2768–80 . doi : 10.1021/bi500139h . PMC 4018062. PMID 24717170 .  
  18. ↑ Wang F, Yang W (diciembre de 2009). "Perspectiva estructural sobre la síntesis translesional por la ADN Pol II" . Cell . 139 ( 7): 1279–89 . doi : 10.1016/j.cell.2009.11.043 . PMC 3480344. PMID 20064374 .  
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  20. 1 2 Mandal A (26 de febrero de 2019). "ADN polimerasas procariotas" . Noticias médicas .