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ADN-3-metiladenina glicosilasa

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 humana
Representación de PDB basada en 1F6O
Estructura 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]

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 .

Ver también

Referencias

  1. ^ abc GRCh38: Ensembl lanzamiento 89: ENSG00000103152 - Ensembl , mayo de 2017
  2. ^ abc GRCm38: Ensembl lanzamiento 89: ENSMUSG00000020287 - Ensembl , mayo de 2017
  3. ^ "Referencia humana de PubMed:". Centro Nacional de Información Biotecnológica, Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU .
  4. ^ "Referencia de PubMed del ratón:". Centro Nacional de Información Biotecnológica, Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU .
  5. ^ Chakravarti D, Ibeanu GC, Tano K, Mitra S (agosto de 1991). "Clonación y expresión en Escherichia coli de un ADNc humano que codifica la proteína reparadora del ADN N-metilpurina-ADN glicosilasa". La Revista de Química Biológica . 266 (24): 15710–5. doi : 10.1016/S0021-9258(18)98467-X . PMID  1874728.
  6. ^ "Entrez Gene: MPG N-metilpurina-ADN glicosilasa".
  7. ^ Hedglin M, O'Brien PJ (2008). "La alquiladenina ADN glicosilasa humana emplea una búsqueda procesiva de daños en el ADN". Bioquímica . 47 (44): 11434–45. doi :10.1021/bi801046y. PMC 2702167 . PMID  18839966. 
  8. ^ Abner CW, Lau AY, Ellenberger T, Bloom LB (abril de 2001). "Las actividades de escisión de bases y unión al ADN de la alquiladenina ADN glicosilasa humana son sensibles a la base emparejada con una lesión". La Revista de Química Biológica . 276 (16): 13379–87. doi : 10.1074/jbc.M010641200 . PMID  11278716.
  9. ^ Wyatt MD, Allan JM, Lau AY, Ellenberger TE, Samson LD (agosto de 1999). "3-metiladenina ADN glicosilasas: estructura, función e importancia biológica". Bioensayos . 21 (8): 668–676. doi :10.1002/(SICI)1521-1878(199908)21:8<668::AID-BIES6>3.0.CO;2-D. PMID  10440863. S2CID  29109365.
  10. ^ ab O'Brien PJ, Ellenberger T (octubre de 2003). "La alquiladenina ADN glicosilasa humana utiliza catálisis ácido-base para la escisión selectiva de purinas dañadas". Bioquímica . 42 (42): 12418–29. doi :10.1021/bi035177v. PMID  14567703.
  11. ^ Admiraal SJ, O'Brien PJ (octubre de 2010). "Formación de enlaces N-glicosilo catalizada por la alquiladenina ADN glicosilasa humana". Bioquímica . 49 (42): 9024–6. doi :10.1021/bi101380d. PMC 2975558 . PMID  20873830. 
  12. ^ Hollis T, Lau A, Ellenberger T (agosto de 2000). "Estudios estructurales de alquiladenina glicosilasa humana y 3-metiladenina glicosilasa de E. coli". Investigación de mutaciones . 460 (3–4): 201–10. doi :10.1016/S0921-8777(00)00027-6. PMID  10946229.
  13. ^ Hitchcock, Thomas M.; Dong, Liang; Connor, Ellen E.; Meira, Lisiane B.; Sansón, Leona D.; Wyatt, Michael D.; Cao, Weiguo (2004). "Actividad de oxanina ADN glicosilasa de alquiladenina glicosilasa de mamíferos". Revista de Química Biológica . 279 (37): 38177–38183. doi : 10.1074/jbc.m405882200 . ISSN  0021-9258. PMID  15247209.
  14. ^ Hitchcock TM, Dong L, Connor EE, Meira LB, Samson LD, Wyatt MD, Cao W (septiembre de 2004). "Actividad de oxanina ADN glicosilasa de alquiladenina glicosilasa de mamíferos". La Revista de Química Biológica . 279 (37): 38177–83. doi : 10.1074/jbc.M405882200 . PMID  15247209.
  15. ^ abc Lau AY, Schärer OD, Samson L, Verdine GL, Ellenberger T (octubre de 1998). "Estructura cristalina de una enzima reparadora de ADN-base de alquilo humana complejada con ADN: mecanismos para el cambio de nucleótidos y la escisión de bases". Celúla . 95 (2): 249–58. doi : 10.1016/S0092-8674(00)81755-9 . PMID  9790531. S2CID  14125483.
  16. ^ Zhang, Yaru (2014). Especificidad y mecanismo de búsqueda de la alquiladenina ADN glicosilasa (Tesis). hdl :2027.42/110472.
  17. ^ Hedglin M, O'Brien PJ (2008). "La alquiladenina ADN glicosilasa humana emplea una búsqueda procesiva de daños en el ADN". Bioquímica . 47 (44): 11434–11445. doi :10.1021/bi801046y. PMC 2702167 . PMID  18839966. 
  18. ^ van Loon B, Samson LD (marzo de 2013). "La alquiladenina ADN glicosilasa (AAG) se localiza en las mitocondrias e interactúa con la proteína de unión monocatenaria mitocondrial (mtSSB)" (PDF) . Reparación del ADN . 12 (3): 177–87. doi :10.1016/j.dnarep.2012.11.009. hdl :1721.1/99514. PMC 3998512 . PMID  23290262. 
  19. ^ Osorio A, Milne RL, Kuchenbaecker K, Vaclová T, Pita G, Alonso R, et al. (abril de 2014). "Las ADN glicosilasas implicadas en la reparación por escisión de bases pueden estar asociadas con el riesgo de cáncer en portadores de mutaciones BRCA1 y BRCA2". PLOS Genética . 10 (4): e1004256. doi : 10.1371/journal.pgen.1004256 . PMC 3974638 . PMID  24698998. 
  20. ^ Meira LB, Calvo JA, Shah D, Klapacz J, Moroski-Erkul CA, Bronson RT, Samson LD (septiembre de 2014). "La reparación de lesiones de bases de ADN endógenas modula la esperanza de vida en ratones". Reparación del ADN . 21 : 78–86. doi :10.1016/j.dnarep.2014.05.012. PMC 4125484 . PMID  24994062. 

Lectura adicional

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