Bucle D

En biología molecular , un bucle de desplazamiento o bucle D es una estructura de ADN donde las dos hebras de una molécula de ADN de doble cadena se separan en un tramo y se mantienen separadas por una tercera hebra de ADN. Un bucle R es similar a un bucle D, pero en ese caso la tercera hebra es ARN en lugar de ADN. La tercera hebra tiene una secuencia de bases complementaria a una de las hebras principales y se aparea con ella, desplazando así la otra hebra principal complementaria en la región. Dentro de esa región, la estructura es, por lo tanto, una forma de ADN de triple cadena . Un diagrama en el artículo que introduce el término ilustra el bucle D con una forma que se asemeja a una "D" mayúscula, donde la hebra desplazada forma el bucle de la "D". ^{[ 1 ]}

Los bucles D aparecen en diversas situaciones particulares, como en la reparación del ADN , en los telómeros y como una estructura semiestable en las moléculas de ADN circular mitocondrial .

Investigadores del Caltech descubrieron en 1971 que el ADN mitocondrial circular de las células en crecimiento incluía un segmento corto de tres hebras al que denominaron bucle de desplazamiento. ^{[ 1 ]} Encontraron que la tercera hebra era un segmento replicado de la hebra pesada (o hebra H) de la molécula, a la que desplazaba, y que estaba unida por enlaces de hidrógeno a la hebra ligera (o hebra L). Desde entonces, se ha demostrado que la tercera hebra es el segmento inicial generado por una replicación de la hebra pesada que se ha detenido poco después de su inicio y que a menudo se mantiene durante un tiempo en ese estado. ^{[ 2 ]} El bucle D se encuentra en la principal región no codificante de la molécula de ADN mitocondrial, un segmento llamado región de control o región del bucle D.

La replicación del ADN mitocondrial puede ocurrir de dos maneras diferentes, ambas comenzando en la región del bucle D. ^{[ 3 ]} Una de ellas continúa la replicación de la cadena pesada a través de una parte sustancial (por ejemplo, dos tercios) de la molécula circular, y luego comienza la replicación de la cadena ligera. El modo descrito más recientemente comienza en un origen diferente dentro de la región del bucle D y utiliza la replicación de cadenas acopladas con síntesis simultánea de ambas cadenas. ^{[ 3 ] [ 4 ]}

Ciertas bases dentro de la región del bucle D están conservadas, pero grandes partes son altamente variables y la región ha demostrado ser útil para el estudio de la historia evolutiva de los vertebrados. ^{[ 5 ]} La región contiene promotores para la transcripción de ARN de las dos hebras del ADN mitocondrial inmediatamente adyacentes a la estructura del bucle D que está asociada con el inicio de la replicación del ADN. ^{[ 6 ]} Las secuencias del bucle D también son de interés en el estudio del cáncer. ^{[ 7 ]}

La función del bucle D aún no está clara, pero investigaciones recientes sugieren que participa en la organización del nucleoide mitocondrial . ^{[ 8 ] [ 9 ]}

La tercera hebra simple también se llama ADN 7S. El cebador utilizado para la síntesis de ADN 7S se llama ARN 7S. ^{[ 10 ]}

En 1999 se informó que los telómeros , que protegen el extremo de los cromosomas , terminan en una estructura similar a un lazo denominada bucle T (bucle del telómero). ^{[ 11 ]} Este es un bucle de ambas hebras del cromosoma que se unen a un punto anterior en el ADN de doble hebra mediante el extremo 3' de la hebra que invade el par de hebras para formar un bucle D. La unión se estabiliza mediante la proteína shelterin POT1 . ^{[ 12 ]} El bucle T, que se completa con el empalme del bucle D, protege el extremo del cromosoma de daños. ^{[ 13 ]}

Cuando una molécula de ADN de doble cadena sufre una rotura en ambas hebras, uno de los mecanismos de reparación disponibles en las células eucariotas diploides es la recombinación homóloga . Este mecanismo utiliza el cromosoma intacto homólogo al roto como plantilla para alinear correctamente las dos piezas de doble cadena y permitir su unión. Al inicio de este proceso, una hebra de una pieza se empareja con una hebra del cromosoma intacto, y dicha hebra se utiliza para formar un bucle D en ese punto, desplazando la otra hebra del cromosoma intacto. A continuación, se producen diversos pasos de ligación y síntesis para llevar a cabo la unión. ^{[ 14 ]}

En los humanos, la proteína RAD51 es fundamental para la búsqueda homóloga y la formación del bucle D. En la bacteria Escherichia coli , la proteína RecA realiza una función similar . ^{[ 15 ]}

Recombinación meiótica

Durante la meiosis , la reparación de los daños de doble cadena, en particular las roturas de doble cadena, se produce mediante el proceso de recombinación descrito en el diagrama adjunto. Como se muestra en el diagrama, un bucle D desempeña un papel central en la reparación recombinacional meiótica de dichos daños. Durante este proceso, las recombinasas Rad51 y Dmc1 se unen a las colas 3' del ADN monocatenario (ADNmc) para formar filamentos de nucleoproteínas helicoidales que buscan ADN bicatenario (ADNdc) homólogo intacto. ^{[ 16 ]} Una vez encontrada la secuencia homóloga, las recombinasas facilitan la invasión del extremo del ADNmc en el ADNdc homólogo para formar un bucle D. Tras el intercambio de cadenas, los intermediarios de recombinación homóloga se procesan mediante dos vías distintas (véase el diagrama) para formar los cromosomas recombinantes finales.

• replicación del bucle D
• Región de control del ADNmt