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Articulo de referencia

pinza de ADN

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Vistas superior y lateral de un homotrímero de la pinza deslizante de PCNA humana (colores arcoíris, extremo N = azul, extremo C = rojo) con ADN de doble cadena modelado a través del poro central (magenta). [ 1 ]
Estructura por crio-microscopía electrónica del complejo procesivo PolD–PCNA unido al ADN.
Base estructural para la unión del ADN por el complejo PolD–PCNA

Una pinza de ADN , también conocida como pinza deslizante , es un complejo proteico que actúa como factor promotor de la procesividad en la replicación del ADN . Como componente crítico de la holoenzima ADN polimerasa III , la proteína pinza se une a la ADN polimerasa e impide que esta enzima se disocie de la cadena molde de ADN . Las interacciones proteína-proteína entre la pinza y la polimerasa son más fuertes y específicas que las interacciones directas entre la polimerasa y la cadena molde de ADN; dado que uno de los pasos limitantes de la velocidad en la reacción de síntesis de ADN es la asociación de la polimerasa con la cadena molde, la presencia de la pinza deslizante aumenta drásticamente el número de nucleótidos que la polimerasa puede añadir a la cadena en crecimiento por cada evento de asociación. La presencia de la pinza de ADN puede aumentar la velocidad de síntesis de ADN hasta 1000 veces en comparación con una polimerasa no procesiva. [ 2 ]

Estructura

La pinza de ADN es una proteína α+β que se ensambla en una estructura anular multimérica de seis dominios que rodea completamente la doble hélice del ADN a medida que la polimerasa agrega nucleótidos a la cadena en crecimiento. [ 3 ] Cada dominio está formado a su vez por dos repeticiones estructurales β-α-β-β-β. [ 4 ] La pinza de ADN se ensambla en el ADN en la horquilla de replicación y se "desliza" a lo largo del ADN con la polimerasa que avanza, ayudada por una capa de moléculas de agua en el poro central de la pinza entre el ADN y la superficie de la proteína. Debido a la forma toroidal del multímero ensamblado, la pinza no puede disociarse de la cadena molde sin disociarse también en monómeros .

El pliegue de pinza de ADN se encuentra en bacterias , arqueas , eucariotas y algunos virus . En bacterias, la pinza deslizante es un homodímero compuesto por dos subunidades beta idénticas de la ADN polimerasa III y, por lo tanto, se denomina pinza beta. En arqueas [ 5 ] y eucariotas, es un trímero compuesto por tres moléculas de PCNA . El bacteriófago T4 también utiliza una pinza deslizante, llamada gp45, que es un trímero de estructura similar a PCNA pero que carece de homología de secuencia tanto con PCNA como con la pinza beta bacteriana. [ 3 ]

Bacteriano

La pinza beta es una pinza de ADN específica y una subunidad de la holoenzima ADN polimerasa III que se encuentra en las bacterias. Dos subunidades beta se ensamblan alrededor del ADN por la subunidad gamma y la hidrólisis de ATP; este ensamblaje se llama complejo de preiniciación . Después del ensamblaje alrededor del ADN, la afinidad de las subunidades beta por la subunidad gamma es reemplazada por una afinidad por las subunidades alfa y épsilon, que juntas crean la holoenzima completa. [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] La ADN polimerasa III es el complejo enzimático primario involucrado en la replicación del ADN procariota .

El complejo gamma de la ADN polimerasa III, compuesto por subunidades γδδ'χψ, cataliza el ATP para que dos subunidades beta se unan al ADN. Una vez unidas al ADN, las subunidades beta pueden deslizarse libremente a lo largo de la doble cadena. A su vez, las subunidades beta se unen al complejo polimerasa αε. La subunidad α posee actividad de ADN polimerasa y la subunidad ε es una exonucleasa 3'-5' . [ 9 ]

La cadena beta de la ADN polimerasa III bacteriana está compuesta por tres dominios topológicamente equivalentes ( N-terminal , central y C-terminal ). Dos moléculas de la cadena beta se asocian estrechamente para formar un anillo cerrado que rodea el ADN bicatenario.

Como objetivo farmacológico

Ciertos AINE (carprofeno, bromfenaco y vedaprofeno) muestran cierta supresión de la replicación del ADN bacteriano al inhibir la pinza del ADN bacteriano. [ 10 ]

Eucariotas y arqueas

En los eucariotas, la pinza deslizante se ensambla a partir de una subunidad específica de la ADN polimerasa delta denominada antígeno nuclear de células proliferantes ( PCNA ). Los dominios N-terminal y C-terminal de PCNA son topológicamente idénticos. Tres moléculas de PCNA se asocian estrechamente para formar un anillo cerrado que rodea el ADN bicatenario.

La secuencia de PCNA está bien conservada entre plantas, animales y hongos, lo que indica una fuerte presión selectiva para la conservación de la estructura y sugiere que este tipo de mecanismo de replicación del ADN se conserva en todos los eucariotas. [ 12 ] [ 13 ] En eucariotas, una pinza "9-1-1" heterotrimérica homóloga compuesta por RAD9 - RAD1 - HUS1 (911) es responsable del control del punto de control del daño del ADN. [ 14 ] Esta pinza 9-1-1 se monta en el ADN en la dirección opuesta. [ 15 ]

Las arqueas , probables precursoras evolutivas de los eucariotas, también poseen universalmente al menos un gen PCNA. Este anillo PCNA interactúa con PolD , la única ADN polimerasa similar a la eucariota presente en las arqueas, responsable de múltiples funciones, desde la replicación hasta la reparación. Algunas especies inusuales presentan dos o incluso tres genes PCNA, formando heterotrímeros u homotrímeros especializados distintos. [ 16 ] Las arqueas también comparten con los eucariotas el motivo PIP (proteína que interactúa con PCNA), pero se encuentra una mayor variedad de estas proteínas que desempeñan diferentes funciones. [ 17 ]

PCNA también es apropiada por algunos virus. El género de virus gigantes Chlorovirus , con PBCV-1 como representante, contiene en su genoma dos genes PCNA ( Q84513 , O41056 ) y una ADN polimerasa de tipo eucariota. [ 18 ] Los miembros de Baculoviridae también codifican un homólogo de PCNA ( P11038 ). [ 19 ]

Caudoviral

La proteína de la subunidad de pinza deslizante gp45 viral contiene dos dominios. Cada dominio consta de dos hélices alfa y dos láminas beta; el plegamiento está duplicado y tiene una simetría pseudo binaria interna. [ 21 ] Tres moléculas de gp45 se asocian estrechamente para formar un anillo cerrado que rodea el ADN bicatenario.

virus del herpes

Algunos miembros de Herpesviridae codifican una proteína que posee un plegamiento de pinza de ADN, pero no se asocia para formar una pinza anular. Sin embargo, esta proteína de dos dominios se asocia con la ADN polimerasa viral y también contribuye a aumentar la procesividad. [ 22 ] Dado que no forma un anillo, no necesita un cargador de pinzas para unirse al ADN. [ 23 ]

Asamblea

Las pinzas deslizantes se cargan en sus hebras de ADN molde asociadas mediante proteínas especializadas conocidas como " cargadores de pinzas deslizantes ", que también desmontan las pinzas una vez completada la replicación. Los sitios de unión de estas proteínas iniciadoras se solapan con los sitios de unión de la ADN polimerasa, por lo que la pinza no puede asociarse simultáneamente con un cargador de pinzas y con una polimerasa. De este modo, la pinza no se desmonta activamente mientras la polimerasa permanece unida. Las pinzas de ADN también se asocian con otros factores implicados en la homeostasis del ADN y del genoma, como los factores de ensamblaje de nucleosomas , las ligasas de fragmentos de Okazaki y las proteínas de reparación del ADN . Todas estas proteínas comparten un sitio de unión en la pinza de ADN que se solapa con el sitio del cargador de pinzas, lo que garantiza que la pinza no se elimine mientras alguna enzima siga actuando sobre el ADN. La actividad del cargador de pinzas requiere la hidrólisis de ATP para "cerrar" la pinza alrededor del ADN.

Referencias

  1. ↑ PDB : 1W60 ​;Kontopidis G, Wu SY, Zheleva DI, Taylor P, McInnes C, Lane DP, et  al. (febrero de 2005). "Estudios estructurales y bioquímicos de complejos de antígenos nucleares de células proliferantes humanas proporcionan una base racional para la asociación de ciclinas y el diseño de inhibidores" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 102 (6): 1871– 1876. doi : 10.1073/pnas.0406540102 . PMC 548533. PMID 15681588 .  
  2. ↑ Mizrahi V, Henrie RN, Marlier JF, Johnson KA, Benkovic SJ (julio de 1985). "Pasos limitantes de la velocidad en la vía de reacción de la ADN polimerasa I". Biochemistry . 24 (15): 4010– 4018. doi : 10.1021/bi00336a031 . PMID 3902078 . 
  3. 1 2 Bruck I, O'Donnell M (2001). "La familia de pinzas deslizantes de polimerasa de tipo anillo" . Genome Biology . 2 (1) REVIEWS3001. doi : 10.1186/gb-2001-2-1-reviews3001 . PMC 150441. PMID 11178284 .  
  4. ↑ Neuwald AF, Poleksic A (septiembre de 2000). "PSI-BLAST búsquedas usando modelos ocultos de Markov de repeticiones estructurales: predicción de una pinza de ADN deslizante inusual y de hélices beta en la proteína de unión al ADN dañada por UV" . Nucleic Acids Research . 28 (18): 3570– 3580. doi : 10.1093 / nar/28.18.3570 . PMC 110734. PMID 10982878 .  
  5. ↑ Matsumiya S, Ishino Y, Morikawa K (enero de 2001). "Estructura cristalina de una pinza deslizante de ADN arqueal: antígeno nuclear de células proliferantes de Pyrococcus furiosus" . Protein Science . 10 (1): 17–23 . doi : 10.1110/ps.36401 . PMC 2249843. PMID 11266590 .  
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Lecturas adicionales

  • Controlando las bacterias patógenas : cómo desactivar un complejo clave de la ADN polimerasa. Comentarios en PDBe. Enlace obsoleto archivado el 2 de agosto de 2013 en archive.today.
  • Watson JD, Baker TA, Bell SP, Gann A, Levine M, Losick R (2004). Biología molecular del gen . San Francisco: Pearson/Benjamin Cummings. ISBN 978-0-8053-4635-0.