La ADN-desoxiinosina glicosilasa ( EC 3.2.2.15, ADN(hipoxantina) glicosilasa , ácido desoxirribonucleico glicosilasa , hipoxantina-ADN glicosilasa ) es una enzima con nombre sistemático ADN-desoxiinosina desoxirribohidrolasa . [1] Esta enzima está involucrada en la reparación del daño del ADN y se dirige a las bases de hipoxantina.
El ADN está constantemente expuesto a reacciones químicas dentro de su entorno celular, lo que provoca cambios estructurales no deseados y compromete la integridad de la información genética. Los cambios comunes en las bases incluyen la oxidación, la alquilación o la desaminación de bases. La desaminación observada en las bases del ADN es la de citosina a uracilo, la guanina a xantina y oxanina, o la adenina a hipoxantina. Estas legiones de una sola base se eliminan a través de la vía de reparación por escisión de bases (BER), un mecanismo iniciado por la ADN glicosilasa para eliminar un desajuste o una base mutada. [2] [3]
Las ADN glicosilasas son ubicuas y se observan en especies de todos los reinos de la vida, incluidas las arqueas, las eubacterias, los eucariotas y los grandes virus de ADN. Se pueden subdividir en cuatro categorías específicas: las ADN glicosilasas de uracilo (UDG), las glicosilasas de hélice-horquilla-hélice (HhH), la 3-metil-purina glicosilasa (MPG) y las glicosilasas similares a la endonucleasa VIII (NEIL). [4] Sin embargo, la actividad de la ADN desoxiinosina glicosilasa, la eliminación de una base de hipoxantina, se observa dentro de la superfamilia de las ADN glicosilasas de uracilo . [5] [6] Actualmente, hay 6 familias dentro de la superfamilia de las ADN uracilo glicosilasas, cada una clasificada en función de su homología de secuencia y similitudes bioquímicas y estructurales. [7] La actividad de uracilo e hipoxantina es una característica particular de las familias UDG, a saber, las enzimas similares a SMUG1 de la familia 3 y, más recientemente, las enzimas de la familia 6 recientemente identificadas, que exhiben solo actividad de hipoxantina específicamente. [6]
El daño del ADN es causado por agentes ambientales y endógenos, que pueden crear lesiones altamente mutagénicas o comprometer la estabilidad genómica. Para preservar la información de la secuencia genómica, las células deben contrarrestar el daño del ADN a través de una de sus cinco vías principales: reparación por escisión de bases (BER), reparación por escisión de nucleótidos (NER), reparación por desajustes (MMR), recombinación homóloga (HR) y unión de extremos no homólogos (NHEJ). [9]
Si bien la hipoxantina, o inosina cuando se une a una ribosa, es una base natural en el ARNt humano o en el apareamiento de bases oscilantes, se incorpora por error al ADN ya sea a través de la desaminación de un par de bases de adenina o como trifosfato de inosina (ITP), formado a través de la desaminación de ATP. [5] La base mutada se elimina a través de la vía de reparación por escisión de bases, un mecanismo de dos pasos llevado a cabo por una glicosilasa y una endonucleasa AP. La ADN desoxiinosina glicosilasa inicia el proceso a través de la escisión hidrolítica de la base de hipoxantina, liberando una hipoxantina libre y creando un sitio abásico o AP . La endonucleasa AP sigue la actividad de la glicosilasa al reconocer este sitio AP y cortar la cadena principal de fosfodiéster en la ubicación especificada. Luego, la ADN polimerasa y la ADN ligasa completan el proceso incorporando el par de bases correcto y cerrando la mella. [2]
La superfamilia UDG contiene típicamente una lámina β de cuatro cadenas rodeada de hélices α y experimenta el mismo mecanismo o uno similar para crear sitios abásicos. El mecanismo catalítico general implica la activación del grupo saliente, la estabilización del ion oxocarbenio y el posicionamiento de una molécula de agua. [10] Los estudios estructurales sobre la ADN glicosilasa de uracilo humana (PDB 4KSN) sugieren un mecanismo de inversión de bases que requiere unos pocos residuos clave. L272 permite que la enzima se intercale en el surco mayor del ADN, lo que permite interacciones adicionales del uracilo con el bolsillo de unión del uracilo, que en este modelo incluye His 268, Gin 144, Phe 158, Asn 145, Asn 204 y Tyr 147. Cuando el uracilo se asienta en el bolsillo de unión, se voltea fuera de la pila de bases del ADN y en proximidad a la molécula de agua activada por el residuo D145. La unión de hidrógeno entre el agua y el aspartato prepara la molécula de agua para el ataque nucleofílico del enlace N-glicosídico, escindiendo una base y dejando atrás un sitio AP. [11]
Estudios recientes de estructura cristalina y filogenética de la ADN glicosilasa similar a SMUG1 de la familia 3 de Pedobacter heparinus (PDB 5H0K) revelan actividad tanto de hipoxantina/xantina como de uracilo y se ha clasificado en una nueva subfamilia, la Familia 6. [12] Si bien los estudios cristalinos revelan pliegues que comparten similitud con las enzimas SMUG1, la UDG phe SMUG2 muestra diferencias distintivas en la estructura local con base en una comparación de los tres motivos en todas las familias de UDG que están involucradas en el reconocimiento y la catálisis. El análisis del motivo 1 revela una secuencia GINPG, similar a las UDG de la familia 2. El residuo N63 está altamente conservado y también aparece en las familias 2 y 3, presumiblemente clave para el posicionamiento de la molécula de agua. S124 es el primer residuo en el motivo 3 phe SMUG2, pero es típicamente una asparagina en otras familias de UDG. Curiosamente, una mutación en la que se reemplaza la serina por asparagina revela una mayor actividad catalítica y amplía la actividad para incluir ADN monocatenario que contiene uracilo y pares de bases G/T. Esto sugiere que S124 puede desempeñar un papel clave en el aumento de la especificidad del sustrato. El motivo 2 comienza con H205 altamente conservado, que ayuda a la actividad de UDG al formar enlaces de hidrógeno de corta distancia con el O2 del uracilo. Si bien es crucial para la actividad de UDG que implica el reconocimiento de A/U o G/U, la mutación de este residuo no tiene efecto sobre la actividad de la ADN glicosilasa de hipoxantina y xantina. [6]
