fotoliasa

Las fotoliasas ( EC 4.1.99.3 ) son enzimas reparadoras del ADN que reparan el daño causado por la exposición a la luz ultravioleta . Estas enzimas requieren luz visible (del extremo violeta/azul del espectro) tanto para su propia activación ^{[ 1 ]} como para la reparación del ADN propiamente dicha. ^{[ 2 ]} El mecanismo de reparación del ADN que involucra a las fotoliasas se denomina fotorreactivación. Principalmente, convierten dímeros de pirimidina en un par normal de bases pirimídicas. La fotorreactivación, el primer mecanismo de reparación del ADN descubierto, fue descrito inicialmente por Albert Kelner en 1949 ^{[ 3 ]} e independientemente por Renato Dulbecco también en 1949. ^{[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]}

Las fotoliasas se unen a las hebras de ADN complementarias y rompen ciertos tipos de dímeros de pirimidina que surgen cuando un par de bases de timina o citosina en la misma hebra de ADN se unen covalentemente . La longitud del enlace de esta dimerización es menor que la longitud del enlace de la estructura normal del ADN-B, lo que produce una plantilla incorrecta para la replicación y la transcripción. ^{[ 7 ]} El enlace covalente más común implica la formación de un puente de ciclobutano . Las fotoliasas tienen una alta afinidad por estas lesiones y se unen a ellas de forma reversible, convirtiéndolas de nuevo en las bases originales. El proceso de reparación del ADN catalizado por fotoliasas, mediante el cual se resuelven los dímeros de pirimidina de ciclobutano, se ha estudiado mediante cristalografía resuelta en el tiempo y análisis computacional para permitir la visualización atómica del proceso. ^{[ 8 ]}

La fotoliasa es una enzima filogenéticamente antigua que está presente y es funcional en muchas especies, desde bacterias hasta hongos y plantas ^{[ 9 ]} y animales ^{[ 10 ]} . La fotoliasa es particularmente importante en la reparación del daño inducido por UV en las plantas. El mecanismo de la fotoliasa ya no funciona en humanos y otros mamíferos placentarios que en su lugar dependen del mecanismo de reparación por escisión de nucleótidos menos eficiente , aunque conservan muchos criptocromos ^{[ 11 ]} . El estrés por congelación en el trigo anual Triticum aestivum y en su pariente perenne Thinopyrum intermedium se acompaña de grandes aumentos en la expresión de fotoliasas de ADN ^{[ 12 ] .}

Las fotoliasas son flavoproteínas y contienen dos cofactores captadores de luz . Muchas fotoliasas poseen un dominio N-terminal que se une a un segundo cofactor. Todas las fotoliasas contienen FADH⁻ reducido a dos electrones ^; se dividen en dos clases principales según el segundo cofactor, que puede ser la pterina meteniltetrahidrofolato (MTHF) en las fotoliasas de folato o la deazaflavina 8-hidroxi-7,8-didemetil-5-deazariboflavina (8-HDF) en las fotoliasas de deazaflavina . Aunque solo se requiere FAD para la actividad catalítica, el segundo cofactor acelera significativamente la velocidad de reacción en condiciones de baja luminosidad. La enzima actúa mediante transferencia de electrones , en la que la flavina reducida FADH⁻ ^se activa por la energía lumínica y actúa como donador de electrones para romper el dímero de pirimidina. ^{[ 13 ]}

En función de las similitudes de secuencia, las fotoliasas de ADN se pueden agrupar en unas pocas clases: ^{[ 14 ] [ 15 ]}

• Las fotoliasas CPD de clase 1 son enzimas que procesan las lesiones de dímero de pirimidina de ciclobutano (CPD) de bacterias Gram negativas y Gram positivas, así como de la arquea halófila Halobacterium halobium . ^{[ 16 ]}
• Las fotoliasas CPD de clase 2 también procesan lesiones CPD. Se encuentran en plantas como el berro de Thale, Arabidopsis thaliana y el arroz .
• Los criptocromos de plantas y hongos son similares a los CPD de Clase 1. Son fotorreceptores de luz azul que median la expresión génica inducida por la luz azul y la modulación de los ritmos circadianos .
• Las liasas CPD de clase 3 forman un grupo hermano de los criptocromos vegetales, que a su vez son un grupo hermano de las CPD de clase 1.
• El grupo Cry-DASH son liasas CPD altamente específicas para ADN monocatenario. Entre sus miembros se incluyen Vibrio cholerae , X1Cry de Xenopus laevis y AtCry3 de Arabidopsis thaliana . ^{[ 10 ]} Inicialmente, DASH recibió su nombre de Drosophila , Arabidopsis , Synechocystis y Human , cuatro taxones que inicialmente se creía que portaban esta familia de liasas. La categorización ha cambiado desde entonces. La parte "Cry" de su nombre se debía a las suposiciones iniciales de que eran criptocromos. ^{[ 14 ]}
• Las fotoliasas de ADN (6-4) eucariotas forman un grupo con los criptocromos animales que controlan los ritmos circadianos. Se encuentran en diversas especies, incluyendo Drosophila y humanos. Los criptocromos tienen su propia clasificación detallada. ^{[ 15 ]}
• Las liasas bacterianas 6-4 ( InterPro : IPR007357 ), también conocidas como el grupo FeS-BCP, forman su propio grupo externo en relación con todas las fotoliasas. 

La rama de CPD que no pertenece a la clase 2 tiende a agruparse en la clase 1 en algunos sistemas como PRINTS (PR00147). Aunque los miembros de los grupos más pequeños están consensuados, la filogenia puede variar mucho entre autores debido a diferencias en la metodología, lo que genera cierta confusión entre los autores que intentan encajar todo (excepto FeS-BCP) en una clasificación de dos clases. ^{[ 15 ]} Los criptocromos forman un grupo polifilético que incluye fotoliasas que han perdido su actividad de reparación del ADN y en su lugar controlan los ritmos circadianos. ^{[ 14 ] [ 15 ]}

La adición de fotoliasa de un alga verdeazulada Anacystis nidulans a células HeLa redujo parcialmente el daño al ADN causado por la exposición a los rayos UVB. ^{[ 17 ]}

Criptocromos: CRY1 ; CRY2

El nombre sistemático de esta clase de enzimas es desoxirribociclobutadipirimidina pirimidina-liasa . Otros nombres de uso común incluyen enzima fotorreactivadora , fotoliasa de ADN , enzima fotorreactivadora de ADN , fotoliasa de dipirimidina ciclobutano de ADN , fotoliasa de ADN , fotoliasa desoxirribonucleica , fotoliasa desoxirribodipirimidina , fotoliasa , PRE , fotoliasa PhrB , fotoliasa de dipirimidina ciclobutano desoxirribonucleica , fotoliasa phr A , fotoliasa de dipirimidina (fotosensible) y liasa de dímero de pirimidina desoxirribonucleato (fotosensible) . Esta enzima pertenece a la familia de las liasas , específicamente a la clase "cajón de sastre" de liasas de carbono-carbono.

• Contenido multimedia relacionado con Photolyase en Wikimedia Commons.