Nick (ADN)

Las muescas de cadena simple actúan como marcadores reconocibles para ayudar a la maquinaria de reparación a distinguir la cadena recién sintetizada (cadena hija) de la cadena molde (cadena parental). ^{[ 1 ]} La reparación de errores de apareamiento del ADN (MMR) es un sistema importante de reparación del ADN que ayuda a mantener la plasticidad del genoma corrigiendo los errores de apareamiento, o pares de bases no Watson-Crick en un dúplex de ADN. ^{[ 10 ]} Algunas fuentes de pares de bases mal apareados incluyen errores de replicación y desaminación del ADN de 5-metilcitosina para formar timina . La MMR en la mayoría de las bacterias y eucariotas se dirige a la cadena errónea del dúplex mal apareado a través del reconocimiento de discontinuidades de cadena, mientras que la MMR en E. coli y bacterias estrechamente relacionadas se dirige a la cadena en base a la ausencia de metilación . Las endonucleasas de muesca introducen discontinuidades de cadena, o muescas de ADN, para ambos sistemas respectivos. Los homólogos de Mut L de eucariotas y la mayoría de las bacterias cortan la hebra discontinua para introducir el punto de entrada o terminación de la reacción de escisión. De manera similar, en E. coli , Mut H corta la hebra no metilada del dúplex para introducir el punto de entrada de la escisión. ^{[ 11 ]} Específicamente para eucariotas, el mecanismo de elongación de la replicación del ADN entre la hebra conductora y la hebra rezagada difiere. En la hebra rezagada, existen cortes entre los fragmentos de Okazaki y son fácilmente reconocibles por la maquinaria de reparación de errores de apareamiento del ADN antes de la ligación . Debido a la replicación continua que ocurre en la hebra conductora, el mecanismo allí es ligeramente más complejo. Durante la replicación, las enzimas de replicación agregan ribonucleótidos y estos ribonucleótidos son cortados por una enzima llamada RNasa H2 . ^{[ 1 ]} En conjunto, la presencia de un corte y un ribonucleótido hacen que la hebra conductora sea fácilmente reconocible para la maquinaria de reparación de errores de apareamiento del ADN.

La traducción de muescas es un proceso biológico en el que una muesca de ADN monocatenario sirve como marcador para que la ADN polimerasa escinda y reemplace los nucleótidos posiblemente dañados. ^{[ 3 ]} Al final del segmento sobre el que actúa la ADN polimerasa, la ADN ligasa debe reparar el segmento final de la cadena principal del ADN para completar el proceso de reparación. ^{[ 4 ]} En un entorno de laboratorio, esto se puede utilizar para introducir nucleótidos fluorescentes u otros nucleótidos marcados induciendo deliberadamente muescas monocatenarias específicas en el ADN in vitro y luego agregando el ADN con muescas a un entorno rico en ADN polimerasa y nucleótidos marcados. La ADN polimerasa luego reemplaza los nucleótidos del ADN con los marcados, comenzando en el sitio de la muesca monocatenaria.

El ADN con muescas desempeña un papel importante en muchas funciones biológicas. Por ejemplo, las muescas monocatenarias en el ADN pueden servir como marcadores biológicos específicos para la enzima topoisomerasa , que desenrolla el ADN compactado y es fundamental para la replicación y transcripción del ADN. En estos casos, el ADN con muescas no es el resultado de un daño celular no deseado. ^{[ 2 ]}

La topoisomerasa-1 actúa preferentemente en las muescas del ADN para cortar cerca de la muesca y luego enrolla o desenrolla las topologías complejas asociadas con el ADN empaquetado. Aquí, la muesca en el ADN sirve como marcador para la rotura de una sola hebra y el posterior desenrollamiento. ^{[ 12 ]} Es posible que este no sea un proceso altamente conservado. La topoisomerasa puede causar deleciones cortas cuando corta los enlaces, porque tanto los productos de ADN de longitud completa como las hebras de deleción cortas se observan como productos de la escisión de la topoisomerasa, mientras que los mutantes inactivos solo produjeron hebras de ADN de longitud completa. ^{[ 13 ]}

Las muescas en el ADN también dan lugar a diferentes propiedades estructurales, pueden estar involucradas en la reparación de daños causados ​​por la radiación ultravioleta y se utilizan en los pasos primarios que permiten la recombinación genética . ^{[ 14 ]}

El nick idling es un proceso biológico en el que la ADN polimerasa puede ralentizar o detener su actividad de añadir bases a una nueva hebra hija durante la replicación del ADN en un sitio de muesca. ^{[ 4 ]} Esto es particularmente relevante para los fragmentos de Okazaki en la hebra rezagada en la replicación del ADN de doble cadena porque la dirección de replicación es opuesta a la dirección de la ADN polimerasa, por lo tanto, el nick idling juega un papel en el estancamiento del complejo mientras se replica en la dirección inversa en pequeños fragmentos (fragmentos de Okazaki) y tiene que detenerse y reposicionarse entre cada longitud de fragmento de ADN.

La estructura del ADN cambia cuando se introduce una muesca en una sola hebra. ^{[ 14 ]} La estabilidad disminuye ya que una ruptura en el esqueleto fosfodiéster permite que el ADN se desenrolle , puesto que la tensión acumulada por la torsión y el empaquetamiento ya no se resiste con tanta fuerza. ^{[ 12 ]} El ADN con muescas es más susceptible a la degradación debido a esta estabilidad reducida.

Las muescas en el ADN promueven la formación de entrecruzamientos durante la meiosis , y dichas muescas están protegidas de la ligación por la exonucleasa 1 (Exo1). ^{[ 18 ]}