La enzima ADN-(sitio apurínico o apirimidínico) liasa , también denominada ADN-(sitio apurínico o apirimidínico) 5'-fosfomonoéster-liasa (nombre sistemático) o ADN AP liasa (EC 4.2.99.18) cataliza la escisión del COP enlace 3' del sitio apurínico o apirimidínico en el ADN mediante una reacción de eliminación β , dejando un azúcar insaturado terminal 3' y un producto con un fosfato 5' terminal. [1] En la década de 1970, se descubrió que esta clase de enzima reparaba en sitios apurínicos o apirimidínicos del ADN en E. coli y en células de mamíferos. La principal enzima activa de esta clase en las bacterias, y específicamente en E. coli , es la endonucleasa tipo III. Esta enzima es parte de una familia de liasas que escinden enlaces carbono-oxígeno.
Otros nombres para la ADN AP liasa incluyen: AP liasa ; AP endonucleasa clase I ; endodesoxirribonucleasa (apurínica o apirimídica) ; desoxirribonucleasa (apurínica o apirimidínica) ; endonucleasa III de E. coli ; endonucleasa UV del fago T4 ; Endonucleasa UV de Micrococcus luteus ; sitio AP-ADN 5'-fosfomonoéster-liasa ; y endonucleasa III de rayos X.
Dado que la ADN AP liasa es una clase de estructuras que tienen numerosos genes diana que codifican diferentes variaciones de la enzima, no existe una única estructura enzimática que pueda usarse como ejemplo que abarque todas las versiones de la enzima. Hasta marzo de 2015, se han resuelto 99 estructuras para esta clase de enzimas. Ejemplos de PDB son los códigos de acceso 1ENI, 1ENJ, 1ENK, 1K3W, 1K3X, 1K82, 1N39, 1N3A, 1N3C, 1VAS, 1XG7, 1XQO, 1XQP, 2ABK, 1EA0, 2I5W, 2J63, 2NOB, 2NOE, 2NOF, NOH, 2NOI , 2NOL, 2NOZ, 2OPF, 3TWK, 3TWL, 3TWM, 4PII y 7Z5A.
Las enzimas AP liasa catalizan reacciones análogas a la reacción de eliminación β. Inicialmente, las AP hidroliza, como la endonucleasa I apurínica o apirimidínica, contienen un sitio activo de Mg 2+ que escinde el ADN en el lado 5', produciendo una 5'-desoxirribosafosfato y 3'-OH. [2] Un sitio AP en el ADN aparece cuando se escinde el enlace glicosílico que conecta la base purina o pirimidina con el azúcar desoxirribosa. [3] Esta reacción se conoce como depurinación o despirimidinación. El azúcar en el sitio AP es un ion carboxonio cíclico altamente inestable que sufre una rápida hidrólisis para producir una mezcla diastereomérica de 2-desoxi-α- D ribosa y 2-desoxi-β- D -ribosa. Las enzimas AP liasa podrían quedar atrapadas en el ADN AP tanto preincisado como sin incidir mediante un agente reductor como el borohidruro de sodio . Además, el mecanismo catalítico de las AP liasas, la reacción de eliminación β, se produce a través de un intermediario imina enzima-ADN. [4]
En E. coli , la ADN AP liasa (endonucleasa III) ayuda a reparar el daño oxidativo a las bases del ADN al catalizar la escisión de las pirimidinas y purinas dañadas de la saturación del anillo o la apertura de la columna vertebral del ADN. Este daño puede ser causado por hidrólisis no enzimática y/o exposición a radiación ionizante. [5] [6]
Tanto la endonucleasa UV V del bacteriófago T4 (endonucleasa UV V) como la endonucleasa UV III de E. coli catalizan la N-glucosilasa y las reacciones de la endonucleasa 3'-básica. En realidad, se demostró que las endonucleasas UV del bacteriófago T4 y Micrococcus luteus no estaban bajo la clase de "endonucleasa", sino que eran catalizadores de eliminación β para reacciones en sitios AP en el enlace C 3'- OP, clasificándolos así como AP liasas. Las endonucleasas UV del fago-T4 también catalizan la reacción de la reacción δ, cortando el enlace C 5'- OP en los sitios AP, aunque esta reacción es lenta y la enzima aún debe clasificarse como AP liasa. Este anillo abierto permite la sustitución de la base correcta por otras enzimas. [7] [8] [9]
Está documentado que la actividad ADN AP liasa tiene una función similar tanto en E. Coli como en humanos. Un homólogo de endonucleasa III, homólogo 1 de endonucleasa III humana o hNTH1 funciona de manera similar en humanos como lo hace su homólogo en E. Coli . [10]
El daño al ADN es omnipresente en todas las formas de vida. Se estima que hay de 1 x 10 −4 a 1 x 10 −6 mutaciones por gameto humano , lo que supone encontrar al menos una mutación en un locus específico por cada millón de gametos. [11] El ADN es la única molécula biológica que depende únicamente de la reparación de moléculas existentes, y es la molécula más grande que puede continuar funcionando a pesar de numerosas mutaciones; por tanto, las mutaciones se acumulan con el tiempo. [12] Sin embargo, sin esta reparación, pueden surgir afecciones como el síndrome de sensibilidad a los rayos UV , [13] xeroderma pigmentoso , [14] y el síndrome de Cockayne [12] .
Las personas que padecen el síndrome de sensibilidad a los rayos UV , las menos graves de las tres, experimentan hipersensibilidad a los rayos UV. El síndrome surge de una mutación en la proteína KIAA1530 . A diferencia de otras afecciones graves que implican cáncer de piel y una esperanza de vida significativamente reducida, [15] esta afección puede provocar pecas y otras imperfecciones de la piel, pero no aumenta la probabilidad de contraer un cáncer de piel. [16] Esta afección es tan rara que se ha documentado que ocurre en siete personas [17] en todo el mundo. Sin embargo, se especula que esta afección no ha sido suficientemente estudiada y, de hecho, hay más personas que viven con el síndrome.
Xeroderma pigmentosum o XP es un trastorno genético poco común que ocurre en todo el mundo. En las personas afectadas, la exposición a la radiación ultravioleta, especialmente la solar, es limitada y se producen pigmentaciones solares y xerosis. Los afectados pueden perder las cejas, inyectarse sangre en los ojos y, en casos extremos, si no se tratan, pueden provocar fotodaños extremos que resultan en cánceres de piel y una disminución de la esperanza de vida debido al melanoma maligno metastásico y al carcinoma de células escamosas . [18] Sin embargo, algunos estudios informan que los tratamientos experimentales con la enzima reparadora T4 endonucleasa V [19] e isotretinoína oral pueden ser útiles para prevenir el cáncer de piel adquirido a partir de este trastorno. [20] [21]
Si se pierde la reparación acoplada a la transcripción, tiene poco efecto sobre la mutagénesis; sin embargo, esto tiene graves implicaciones en los síndromes progeroides , especialmente en los genes que codifican las proteínas CSA y CSB. Las mutaciones en estos genes causan el síndrome de Cockayne , que se caracteriza por el cese temprano del crecimiento y el desarrollo, lo que lleva a una neurodisfunción grave y progresiva asociada con desmielinización, pérdida auditiva neurosensorial, cataratas, caquexia y fragilidad. [12] La esperanza de vida promedio de los pacientes con la enfermedad es de 12 años. [15] Para los pacientes con CS tipo II que tienen poco crecimiento neuronal después del nacimiento, la esperanza de vida se reduce significativamente a 7 años después del nacimiento. Esta afección puede ocurrir junto con el xeroderma pigmentoso, lo que resulta en el síndrome de xeroderma pigmentoso-cockayne ( XP-CS ).
