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RecA

RecA es una proteína de 38 kilodaltons esencial para la reparación y el mantenimiento del ADN en bacterias . [ 2 ] Funciona como una recombinasa y proteína de intercambio de heb...

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RecA es una proteína de 38 kilodaltons esencial para la reparación y el mantenimiento del ADN en bacterias . [ 2 ] Funciona como una recombinasa y proteína de intercambio de hebras, catalizando los pasos centrales de la recombinación homóloga mediante la formación de filamentos de nucleoproteínas en el ADN monocatenario. [ 3 ] Se han encontrado homólogos estructurales y funcionales de RecA en todos los reinos de la vida. [ 4 ] [ 5 ] RecA sirve como arquetipo para esta clase de proteínas de reparación de ADN homólogas . La proteína homóloga se llama RAD51 en eucariotas y RadA en arqueas . [ 6 ] [ 7 ]

RecA tiene múltiples actividades, todas relacionadas con la reparación del ADN. Como recombinasa, media el intercambio de hebras dependiente de ATP entre moléculas de ADN homólogas, impulsando los pasos clave de apareamiento y formación de heterodúplex de la reparación recombinacional. [ 3 ] En la respuesta SOS bacteriana , funciona como una co- proteasa [ 8 ] en la escisión autocatalítica del represor LexA y el represor λ . [ 9 ]

Estructura

El monómero RecA de E. coli (352 aminoácidos, ~37,8 kDa) está organizado en tres dominios estructurales:

  • El dominio N-terminal pequeño (NTD, residuos ~1–33) media las interacciones monómero-monómero durante la polimerización del filamento y, además, facilita la formación del filamento presináptico y la captura de ADN bicatenario, funciones que se conservan evolutivamente en toda la familia RecA/RAD51/RadA. [ 10 ]
  • Dominio central de la ATPasa (CAD, residuos ~34–240) El CAD constituye el núcleo funcional de la proteína, albergando dos motivos Walker (Walker A (bucle P) y Walker B) responsables de la unión e hidrólisis del ATP, así como los bucles de unión al ADN L1 y L2 que contactan con el ADN monocatenario dentro del filamento. [ 3 ]
  • dominio C-terminal grande (CTD, residuos ~241–352). [ 10 ] El CTD contribuye a la unión secundaria al ADN (la interacción con el dúplex entrante durante la búsqueda de homología) y contiene un segundo sitio de unión de nucleótidos implicado en la regulación alostérica de la actividad del filamento. [ 11 ]

Los monómeros de RecA se polimerizan cooperativamente sobre el ADN monocatenario en presencia de ATP para formar un filamento de nucleoproteína helicoidal dextrógiro con aproximadamente 6 monómeros por vuelta y un paso helicoidal de ~95 Å, en el que el ADN se estira ~1,5 veces con respecto a la forma B y se mantiene en una conformación competente para la búsqueda de homología y el intercambio de hebras. [ 3 ] [ 10 ] El filamento existe en dos estados conformacionales: una forma activa extendida, unida a ATP, y una forma inactiva comprimida, unida a ADP, con transiciones cooperativas entre monómeros vecinos que aseguran que el filamento permanezca catalíticamente competente durante todo el ciclo de la ATPasa. [ 11 ] [ 10 ]

Función

Recombinación homóloga

La proteína RecA se une fuertemente y en largos grupos al ADN monocatenario para formar un filamento de nucleoproteína. [ 12 ] Esto también se denomina filamento presináptico. [ 3 ] El filamento presináptico tiene una conformación inactiva y otra activa. RecA debe unirse al ATP para formar un filamento activo. El filamento activado busca una región homóloga de ADN bicatenario a la que unirse, un proceso conocido como sinapsis .

Los mecanismos de búsqueda de homología de RecA no se comprenden completamente. [ 12 ] [ 13 ] El filamento de RecA busca en el dsDNA segmentos de 8 pares de bases. [ 14 ] Cuando se supera el umbral de 8 bases de homología, el complejo del filamento se estabiliza. [ 3 ] En 2021, Witkor et al. demostraron que el filamento de RecA utiliza un mecanismo de búsqueda de "dimensionalidad reducida". [ 15 ] [ 16 ]

Una vez que el filamento se ha localizado y unido a una secuencia complementaria de ADN bicatenario, se produce el intercambio de hebras. [ 12 ] Esta reacción ocurre en la dirección 5' a 3'. [ 13 ]

Dado que es una ATPasa dependiente de ADN , RecA contiene un sitio adicional para unirse e hidrolizar ATP . RecA se asocia más estrechamente con el ADN cuando tiene ATP unido que cuando tiene ADP unido. [ 17 ]

Los eventos de recombinación homóloga mediados por RecA pueden ocurrir en Escherichia coli durante el período posterior a la replicación del ADN , cuando los loci hermanos permanecen cerca. RecA también puede mediar el apareamiento homólogo, la recombinación homóloga y la reparación de roturas del ADN entre loci hermanos distantes que se han segregado a mitades opuestas de la célula de E. coli . [ 18 ]

Transformación natural

La transformación bacteriana natural implica la transferencia de ADN de una bacteria a otra (generalmente de la misma especie ) y la integración del ADN donante en el cromosoma receptor mediante recombinación homóloga, un proceso mediado por la proteína RecA. En algunas bacterias, el gen recA se induce en respuesta a que la bacteria se vuelve competente , el estado fisiológico requerido para la transformación. [ 19 ]

Importancia clínica

RecA se ha propuesto como una posible diana farmacológica para infecciones bacterianas. [ 20 ] Se han identificado moléculas pequeñas que interfieren con la función de RecA. [ 21 ] [ 22 ] Dado que muchos antibióticos causan daño al ADN, y todas las bacterias dependen de RecA para reparar este daño, los inhibidores de RecA podrían usarse para aumentar la toxicidad de los antibióticos. Los inhibidores de RecA también podrían retrasar o prevenir la aparición de resistencia bacteriana a los fármacos. [ 20 ]

Historia

RecA fue descubierta en 1965 por Alvin J. Clark y Ann Dee Margulies en cribados genéticos de cepas de E. coli deficientes en recombinación . [ 23 ] [ 24 ] El nombre del gen "rec", publicado por primera vez en 1969, fue elegido para indicar su participación en la recombinación. [ 25 ] [ 26 ] [ 27 ] En 1976, el gen recA fue clonado por primera vez por Kevin McEntee. [ 28 ] [ 29 ] Poco después, la proteína fue purificada por primera vez por varios grupos. [ 25 ] [ 23 ] La purificación de la proteína condujo a varios avances en las propiedades bioquímicas de RecA. La primera estructura cristalina de RecA se publicó en 1992, casi 30 años después del descubrimiento de la proteína. [ 30 ]

Investigaciones posteriores identificaron proteínas relacionadas, incluidas RecBCD y RecF . [ 23 ] [ 31 ]

Referencias

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