Primase

La estructura cristalina de la primasa en E. coli con un núcleo que contiene la proteína DnaG se determinó en el año 2000. ^{[ 4 ]} El complejo DnaG y primasa tiene forma de anacardo y contiene tres subdominios. ^{[ 4 ]} El subdominio central forma un pliegue toprim que está compuesto por una mezcla de cinco láminas beta y seis hélices alfa . ^{[ 4 ] [ 8 ]} El pliegue toprim se utiliza para la unión de reguladores y metales. La primasa utiliza un dominio de fosfotransferencia para la coordinación de transferencia de metales, lo que la distingue de otras polimerasas. ^{[ 4 ]} Las subunidades laterales contienen un NH ₂ y un COOH-terminal formado por hélices alfa y láminas beta. ^{[ 4 ]} El NH _2- terminal interactúa con un dominio de unión al zinc y la región COOH-terminal interactúa con DnaB-ID. ^{[ 4 ]}

El pliegue Toprim también se encuentra en la topoisomerasa y en la primasa/helicasa Twinkle mitocondrial . ^{[ 8 ]} Se han encontrado algunas primasas similares a DnaG (similares a bacterias; InterPro : IPR020607 ) en genomas de arqueas. ^{[ 9 ]} 

Las primasas eucariotas y arqueanas tienden a ser más similares entre sí, en términos de estructura y mecanismo, que a las primasas bacterianas. ^{[ 10 ] [ 11 ]} La superfamilia de primasas arqueo-eucariotas (AEP), a la que pertenecen la mayoría de las subunidades catalíticas de primasas eucariotas y arqueanas, ha sido recientemente redefinida como una familia de primasas-polimerasas en reconocimiento de las muchas otras funciones que desempeñan las enzimas de esta familia. ^{[ 12 ]} Esta clasificación también enfatiza los amplios orígenes de las primasas AEP; ahora se reconoce que la superfamilia transita entre las funciones del ARN y del ADN. ^{[ 13 ]}

Las primasas de arqueas y eucariotas son proteínas heterodiméricas con una subunidad reguladora grande ( PRIM2 humana , p58) y una subunidad catalítica pequeña ( PRIM1 humana , p48/p49). ^{[ 2 ]} La subunidad grande contiene un clúster 4Fe–4S N-terminal, dividido en algunas arqueas como PriX/PriCT. ^{[ 14 ]} La subunidad grande está implicada en la mejora de la actividad y especificidad de la subunidad pequeña. Por ejemplo, la eliminación de la parte correspondiente a la subunidad grande en una proteína de fusión PolpTN2 da como resultado una enzima más lenta con actividad de transcriptasa inversa. ^{[ 13 ]}

La PrimPol humana (ccdc111 ^{[ 16 ]} ) cumple funciones tanto de primasa como de polimerasa, al igual que muchas primasas arqueales; exhibe actividad de transferasa terminal en presencia de manganeso; y desempeña un papel importante en la síntesis translesional ^{[ 18 ]} y en el reinicio de horquillas de replicación detenidas. La PrimPol es reclutada activamente a los sitios dañados a través de su interacción con RPA, una proteína adaptadora que facilita la replicación y reparación del ADN. ^{[ 15 ]} La PrimPol tiene un dominio de dedo de zinc similar al de algunas primasas virales, que es esencial para la síntesis translesional y la actividad de primasa y puede regular la longitud del cebador. ^{[ 18 ]} A diferencia de la mayoría de las primasas, la PrimPol es única capaz de iniciar cadenas de ADN con dNTPs. ^{[ 16 ]}

PriS, la subunidad pequeña de la primasa arqueana, participa en la síntesis de translesión (TLS) y puede sortear lesiones comunes del ADN. La mayoría de las arqueas carecen de las polimerasas especializadas que realizan la TLS en eucariotas y bacterias. ^{[ 19 ]} PriS por sí sola sintetiza preferentemente cadenas de ADN; pero en combinación con PriL, la subunidad grande, aumenta la actividad de la ARN polimerasa. ^{[ 20 ]}

En Sulfolobus solfataricus , el heterodímero primasa PriSL puede actuar como primasa, polimerasa y transferasa terminal. Se cree que PriSL inicia la síntesis de cebadores con NTP y luego cambia a dNTP. La enzima puede polimerizar cadenas de ARN o ADN, con productos de ADN que alcanzan hasta 7000 nucleótidos (7 kb). Se sugiere que esta doble funcionalidad podría ser una característica común de las primasas de arqueas. ^{[ 11 ]}

Las primasas multifuncionales AEP también aparecen en bacterias y fagos que las infectan. Pueden presentar organizaciones de dominios novedosas con dominios que aportan aún más funciones más allá de la polimerización. ^{[ 14 ]}

La LigD bacteriana ( A0R3R7 ) participa principalmente en la vía NHEJ. Posee un dominio polimerasa/primasa de la superfamilia AEP, un dominio 3'-fosfoesterasa y un dominio ligasa. También presenta actividad primasa, ADN y ARN polimerasa, y actividad de transferasa terminal. La polimerización del ADN puede producir cadenas de más de 7000 nucleótidos (7 kb) de longitud, mientras que la polimerización del ARN produce cadenas de hasta 1 kb. ^{[ 21 ]}

Las enzimas AEP están ampliamente distribuidas y se pueden encontrar codificadas en elementos genéticos móviles, incluidos virus/fagos y plásmidos. Estos las utilizan como proteína de replicación única o en combinación con otras proteínas asociadas a la replicación, como helicasas y, con menor frecuencia, ADN polimerasas. ^{[ 22 ]} Si bien la presencia de AEP en virus eucariotas y arqueales es esperable, ya que reflejan a sus huéspedes, ^{[ 22 ]} los virus bacterianos y los plásmidos también codifican con frecuencia enzimas de la superfamilia AEP, al igual que primasas de la familia DnaG. ^{[ 14 ]} Se ha descubierto una gran diversidad de familias AEP en varios plásmidos bacterianos mediante estudios de genómica comparativa . ^{[ 14 ]} Su historia evolutiva es actualmente desconocida, ya que las encontradas en bacterias y bacteriófagos parecen demasiado diferentes de sus homólogos arqueo-eucariotas como para una transferencia horizontal de genes reciente . ^{[ 22 ]}

La helicasa tipo MCM en la cepa ATCC 14579 de Bacillus cereus (BcMCM; Q81EV1 ) es una helicasa de la superfamilia 6 fusionada con una primasa AEP. La enzima tiene funciones de primasa y polimerasa, además de la función de helicasa. El gen que la codifica se encuentra en un profago. ^{[ 17 ]} Presenta homología con ORF904 del plásmido pRN1 de Sulfolobus islandicus , que tiene un dominio AEP PrimPol. ^{[ 23 ]} El virus Vaccinia D5 y la primasa del HSV también son ejemplos de fusión AEP-helicasa. ^{[ 12 ] [ 6 ]}

PolpTN2 es una primasa arqueal que se encuentra en el plásmido TN2. Es una fusión de dominios homólogos a PriS y PriL, y exhibe actividad tanto de primasa como de ADN polimerasa, así como función de transferasa terminal. A diferencia de la mayoría de las primasas, PolpTN2 forma cebadores compuestos exclusivamente de dNTPs. ^{[ 13 ]} Inesperadamente, cuando se truncó el dominio similar a PriL, PolpTN2 también pudo sintetizar ADN sobre la plantilla de ARN, es decir, actuó como una ADN polimerasa dependiente de ARN (transcriptasa inversa). ^{[ 13 ]}

Incluso las primasas DnaG pueden tener funciones adicionales si se les proporcionan los dominios adecuados. La gp4 del fago T7 es una fusión de primasa-helicasa DnaG y realiza ambas funciones en la replicación. ^{[ 5 ]}