ADN recombinasa meiótica 1

La proteína homóloga DMC1/LIM15 de recombinación meiótica es una proteína que en humanos está codificada por el gen DMC1 . ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]} Los homólogos de DMC1 están bien conservados y se han identificado en muchos organismos divergentes, incluidos hongos, plantas y mamíferos, incluidos los humanos. ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]}

La proteína de recombinación meiótica Dmc1 es un homólogo de la proteína bacteriana de intercambio de hebras RecA . Dmc1 desempeña un papel fundamental en la recombinación homóloga durante la meiosis , ya que se ensambla en los sitios de roturas programadas de doble cadena de ADN y busca secuencias de ADN alélicas ubicadas en cromátidas homólogas . El nombre "Dmc" significa "ADNc meiótico interrumpido" y hace referencia al método utilizado para su descubrimiento, que consistió en emplear clones de una biblioteca de ADNc específica de la meiosis para inducir mutaciones de inactivación dirigidas en genes meióticos de alta expresión.

La proteína Dmc1 es uno de los dos homólogos de RecA que se encuentran en las células eucariotas; el otro es Rad51 . DMC1 y RAD51 comparten más del 50 % de similitud de aminoácidos. ^{[ 9 ]} En la levadura en gemación, Rad51 actúa como una proteína de intercambio de hebras durante la mitosis, donde es fundamental para la reparación de roturas del ADN. Rad51 se convierte en un factor accesorio de Dmc1 durante la meiosis mediante la inhibición de su actividad de intercambio de hebras. ^{[ 10 ]}

El gen y la proteína DMC1 fueron descubiertos en la levadura en ciernes S. cerevisiae por Douglas Bishop en 1992, cuando era becario postdoctoral en el laboratorio de Nancy Kleckner en la Universidad de Harvard. ^{[ 11 ]}

La DMC1 humana es un homomultímero en forma de anillo octamérico con un diámetro de 140 Å y un agujero en el centro de 45 Å. ^{[ 12 ] [ 9 ]} La DMC1 se une preferentemente al ADN monocatenario (ssDNA) sobre el ADN bicatenario (dsDNA). ^{[ 12 ]} A diferencia de RecA y Rad51, la DMC1 no parece formar un filamento helicoidal en el ADN, sino que forma anillos con el ADN pasando por el centro. ^{[ 12 ]} La hDMC1 puede llevar a cabo la formación de bucles D en ADN superenrollado. ^{[ 13 ]} La DMC1 tiene una actividad ATPasa débil y es capaz de promover la formación de heterodúplex en presencia de un análogo no hidrolizable de ATP, lo que indica un requisito de unión de ATP sobre hidrólisis de ATP . ^{[ 14 ]} La DMC1 también muestra una unión mejorada a nucleosomas con colas de histonas eliminadas, lo que indica que la arquitectura cromosómica puede desempeñar un papel en la unión de la DMC1, pero no de Rad51. ^{[ 15 ]}

La proteína codificada por este gen es esencial para la recombinación homóloga meiótica. La recombinación genética en la meiosis desempeña un papel importante en la generación de diversidad de información genética y facilita la segregación reduccional de los cromosomas, necesaria para la formación de gametos durante la reproducción sexual.

Durante la meiosis, la enzima Spo11 , similar a la topoisomerasa, introduce rupturas programadas de doble cadena de ADN (DSB) . Las DSB se alargan mediante la acción de exonucleasas que recortan los extremos 5' y forman largos salientes 3' de ADN monocatenario (ssDNA). Estos salientes 3' se estabilizan mediante la acción de proteínas de unión a cadena simple (SSB) para proteger el ssDNA y prevenir la formación de estructuras secundarias. DMC1 se carga en el ssDNA 3' para formar un filamento de nucleoproteína helicoidal dextrógiro. Posteriormente, este filamento de nucleoproteína realiza una búsqueda de homología en una región de ADN homóloga. La invasión de cadena simple en una región complementaria del cromosoma homólogo por la cadena de ADN con extremo 3' forma un heterodúplex en forma de bucle de desplazamiento (bucle D). Este bucle D se extiende a medida que ocurre la síntesis de reparación del ADN, formando una unión de Holliday . La resolución de esta unión Holiday da como resultado un producto cruzado o no cruzado. ^{[ 16 ]} Los productos cruzados se generan en menor medida que los productos no cruzados. ^{[ 17 ]}

Al igual que otros miembros de la familia Rad51/RecA, Dmc1 estabiliza los intermediarios de intercambio de hebras (ADN estirado por Rad1/RecA, o RS-ADN) en tripletes estirados similares al ADN en forma B. Cada molécula de la proteína se une a un triplete de nucleótidos, y la fuerza de esa unión, evaluada mediante el cambio en la energía libre de Gibbs , puede evaluarse por el tiempo que una sonda de ADN bicatenario marcada con una secuencia homóloga corta permanece unida a un ADN que contiene una región corta de homología con ella. Un estudio de este tipo ha demostrado que un desajuste en cualquiera de las tres posiciones al final de un segmento de homología no aumentará el tiempo que la sonda permanece unida, y en las construcciones de Rad51 o RecA, un desajuste interno causará una reducción similar en el tiempo de unión. Todas las enzimas son capaces de "saltar" un desajuste y continuar uniendo la sonda con mayor firmeza si existe una región de homología más larga. Sin embargo, con Dmc1, un triplete con un único desajuste interno (pero no terminal) contribuirá a la estabilidad de la unión de la sonda en una medida similar a la de uno sin desajuste. De esta manera, Dmc1 es especialmente adecuado para su función como recombinasa específica de la meiosis, ya que esta actividad le permite catalizar de forma más eficaz la recombinación entre secuencias que no están perfectamente emparejadas. ^{[ 18 ]}

Se ha demostrado que el gen DMC1 interactúa con RAD51 y el complejo de mantenimiento estructural del cromosoma 5/6 (SMC5/6). ^{[ 19 ] [ 14 ]} También se ha demostrado que la proteína se une a Tid1 (Rdh54), Mei5/Sae3 y Hop2/Mnd1. Todas estas proteínas interactuantes potencian la actividad de Dmc1 en sistemas purificados y también se consideran necesarias para la función de Dmc1 en las células.

También se ha demostrado que DMC1 interactúa con FIGNL1. Se cree que FIGNL1 promueve el desensamblaje de DMC1 durante la meiosis masculina. ^{[ 20 ]}

Las mutaciones en el gen DMC1 se asocian con la infertilidad masculina, debido a la azoospermia no obstructiva , en la que los testículos producen poco o ningún esperma. ^{[ 25 ]} En ratones, un único cambio de aminoácido puede impedir el entrecruzamiento y provocar la detención de la meiosis mediante un mecanismo autosómico dominante. ^{[ 26 ]}