Gen codificador de proteínas en la especie Homo sapiens.
La ADN-3-metiladenina glicosilasa también conocida como 3-alquiladenina ADN glicosilasa (AAG) o N-metilpurina ADN glicosilasa (MPG) es una enzima que en los humanos está codificada por el gen MPG . [5] [6]
La alquiladenina ADN glicosilasa es un tipo específico de ADN glicosilasa . Esta subfamilia de glicosilasas monofuncionales participa en el reconocimiento de una variedad de lesiones de bases, incluidas las purinas alquiladas y desaminadas, y en el inicio de su reparación a través de la vía de reparación por escisión de bases . [7] Hasta la fecha, la AAG humana (hAAG) es la única glicosilasa identificada que elimina bases purínicas dañadas por alquilación en células humanas. [8]
Función
Las bases del ADN están sujetas a una gran cantidad de anomalías: alquilación espontánea o desaminación oxidativa . Se estima que en una célula humana típica aparecen 10 4 mutaciones por día. Aunque parezca una cantidad insignificante considerando la extensión del ADN (10 10 nucleótidos), estas mutaciones provocan cambios en la estructura y el potencial de codificación del ADN, afectando los procesos de replicación y transcripción .
Las 3-metiladenina ADN glicosilasas son capaces de iniciar la reparación por escisión de bases (BER) de una amplia gama de bases sustrato que, debido a su reactividad química, sufren modificaciones inevitables que resultan en diferentes resultados biológicos. Los mecanismos de reparación del ADN asumen un papel vital en el mantenimiento de la integridad genómica de las células de diferentes organismos, en particular las 3-metiladenina ADN glicosilasas que se encuentran en bacterias , levaduras , plantas , roedores y humanos . Por tanto, existen diferentes subfamilias de esta enzima, como la alquiladenina ADN glicosilasa humana (hAAG), que actúan sobre otras bases del ADN dañadas además de la 3-MeA. [9]
Actividad reparadora de alquilación.
En las células, [10] AAG es la enzima responsable del reconocimiento y el inicio de la reparación, catalizando la hidrólisis del enlace N-glucosídico para liberar las bases purínicas dañadas por la alquilación. [11] Específicamente, hAAG es capaz de identificar y eliminar eficientemente 3-metiladenina, 7-metiladenina, 7-metilguanina , 1N-etenoadenina e hipoxantina . [12]
Actividad base desaminada
MPG puede actuar sobre las tres bases de desaminación de purinas: hipoxantina, xantina y oxanina. [13]
La oxanina (Oxa) es una lesión de base desaminada en la que el nitrógeno N1 se reemplaza por oxígeno. A diferencia de la actividad reparadora por alquilación, que sólo es capaz de actuar contra bases purínicas, el hAAG es capaz de escindir Oxa [14] de los cuatro pares de bases bicatenarias que contienen Oxa, Cyt/Oxa, Thy/Oxa, Ade/Oxa. , y Gua/Oxa, sin mostrar preferencia particular por ninguna de las bases. Además, hAAG es capaz de eliminar Oxa del ADN monocatenario que contiene Oxa. Esto ocurre porque la actividad ODG de hAAG no requiere una hebra complementaria.
Estructura
La alquiladenina ADN glicosilasa es una proteína monomérica compuesta por 298 aminoácidos , con un peso fórmula de 33 kDa. Su estructura primaria canónica consta de la siguiente secuencia. Sin embargo, también se han encontrado otras isoformas funcionales.
Secuencia o isoforma 1 de alquiladenina ADN glicosilasa humanaEstructura de la alquiladenina ADN glicosilasa humana generada con Pymol
Isoforma 2
La secuencia de esta isoforma difiere de la secuencia canónica de la siguiente manera:
Aminoácidos 1-12: MVTPALQMKKPK → MPARSGA
Aminoácidos 195-196: QL →HV
Isoforma 3
La secuencia de esta isoforma difiere de la secuencia canónica de manera similar a la isoforma 2:
Aminoácidos 1-12: MVTPALQMKKPK → MPARSGA
Isoforma 4
La secuencia de esta isoforma omite los aminoácidos 1 a 17.
Se pliega en un único dominio de estructura mixta α/β, con siete hélices α y ocho hebras β . El núcleo de la proteína consiste en una lámina β curva y antiparalela con una horquilla β que sobresale (β3β4) que se inserta en el surco menor del ADN unido. Una serie de hélices α y bucles de conexión forman el resto de la interfaz de unión del ADN. [15] Carece del motivo hélice-horquilla-hélice asociado con otras proteínas de reparación por escisión de bases y, de hecho, no se parece a ningún otro modelo del Protein Data Bank . [15]
Mecanismo
Reconocimiento de sustrato
La alquiladenina ADN glicosilasa forma parte de la familia de enzimas que siguen la BER , actuando sobre sustratos específicos según los pasos de la BER.
El proceso de reconocimiento de bases dañadas implica una unión inicial no específica seguida de difusión a lo largo del ADN. Formado el complejo AAG-ADN, se produce un proceso de búsqueda redundante debido a la larga vida útil de este complejo, mientras que hAAG busca muchos sitios adyacentes en una molécula de ADN en una única unión. Esto brinda una amplia oportunidad para reconocer y extirpar lesiones que perturban mínimamente la estructura del ADN. [16]
Debido a su amplia especificidad, el hAAG realiza la selección de sustrato a través de una combinación de filtros de selectividad. [17]
El primer filtro de selectividad ocurre en el paso de inversión de nucleótidos de pares de bases inutilizables que presentan lesiones.
El segundo filtro de selectividad está constituido por el mecanismo catalítico que asegura que sólo se escindan las bases purínicas, aunque las pirimidinas más pequeñas pueden caber en el sitio activo del hAAG . El bolsillo del sitio activo está diseñado para acomodar un conjunto estructuralmente diverso de purinas modificadas, por lo que sería difícil excluir estéricamente de la unión las bases de pirimidina más pequeñas. Sin embargo, gracias a la diferente forma y propiedades químicas de una pirimidina unida y un sustrato de purina, la catalizada por ácido reacciona solo con la pirimidina impidiendo que se una con el hAAG. [10]
El tercer filtro de selectividad consiste en choques estéricos desfavorables que permiten un reconocimiento preferencial de lesiones purínicas que carecen de grupos amino exocíclicos de guanina y adenina.Diagrama esquemático de los contactos hAAG-DNA.
Inversión y fijación de nucleótidos.
Su estructura contiene una lámina β antiparalela con una horquilla β que sobresale (β3β4) que se inserta en el surco menor del ADN unido. Este grupo es único para las células humanas y desplaza el nucleótido seleccionado para la escisión de la base volteándolo. El nucleótido se fija en el bolsillo de unión de la enzima donde se encuentra el sitio activo y se fija mediante los aminoácidos Arg182, Glu125 y Ser262. También se forman otros enlaces con los nucleótidos limítrofes para estabilizar la estructura.
El surco en la doble hélice del ADN dejado por el nucleótido abásico volteado se llena con la cadena lateral del aminoácido Tyr162, sin establecer contactos específicos con las bases circundantes.
Escisión del enlace N-glucosídico mediante alquiladenina ADN glicosilasa humana
Liberación de nucleótidos
Activada por aminoácidos cercanos, una molécula de agua ataca el enlace N-glucosídico liberando la base alquilada mediante un mecanismo de desplazamiento posterior.
Ubicación
La alquiladenina ADN glicosilasa humana se localiza en las mitocondrias , el núcleo y el citoplasma de las células humanas. [18] Se han encontrado algunas enzimas funcionalmente equivalentes en otras especies que tienen estructuras significativamente diferentes, como la ADN-3-metiladenina glicosilasa en E. coli. [15]
Importancia clínica
Según el mecanismo utilizado por la alquiladenina ADN glicosilasa humana, un defecto en las vías de reparación del ADN conduce a una predisposición al cáncer . HAAG sigue los pasos de BER, lo que significa que un papel incorrecto de los genes BER podría contribuir al desarrollo del cáncer. Concretamente, una mala actividad de hAAG puede estar asociada con el riesgo de cáncer en portadores de mutaciones BRCA1 y BRCA2 . [19]
Envejecimiento
Como se señaló anteriormente, la ADN-3-metiladenina glicosilasa (también llamada 3-alquiladenina ADN glicosilasa o AAG) es capaz de identificar y eliminar una variedad de bases purínicas dañadas por alquilación. Estos daños a las bases purínicas se producen espontáneamente en el ADN. Los ratones con doble mutación deficientes tanto para AAG como para otra enzima que repara específicamente los daños de O6MeG ( O-6-metilguanina-ADN metiltransferasa ) tuvieron una vida útil más corta y envejecieron más rápidamente que los ratones de tipo salvaje. [20] Estos hallazgos indican que las bases de purina dañadas contribuyen al proceso de envejecimiento, de acuerdo con la teoría del envejecimiento del daño al ADN .
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Lectura adicional
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Enlaces externos
ADN-3-metiladenina + glicosilasa + II en los encabezados de temas médicos (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU.