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Fotoliasa

Las fotoliasas ( EC 4.1.99.3) son enzimas reparadoras del ADN que reparan los daños causados ​​por la exposición a la luz ultravioleta . Estas enzimas requieren luz visible (del extremo violeta/azul del espectro) tanto para su propia activación [1] como para la reparación del ADN en sí. [2] El mecanismo de reparación del ADN que implica a las fotoliasas se denomina fotorreactivación. Convierten principalmente dímeros de pirimidina en un par normal de bases de pirimidina. La fotoreactivación, el primer mecanismo de reparación del ADN que se descubrió, fue descrito inicialmente por Albert Kelner en 1949 [3] e independientemente por Renato Dulbecco también en 1949. [4] [5] [6]

Función

Las fotoliasas se unen a cadenas de ADN complementarias y rompen ciertos tipos de dímeros de pirimidina que surgen cuando un par de bases de timina o citosina en la misma cadena de ADN se unen covalentemente . La longitud del enlace de esta dimerización es más corta que la longitud del enlace de la estructura normal del ADN-B, lo que produce una plantilla incorrecta para la replicación y la transcripción. [7] El enlace covalente más común implica la formación de un puente de ciclobutano . Las fotoliasas tienen una alta afinidad por estas lesiones y se unen reversiblemente y las convierten de nuevo en las bases originales. El proceso de reparación del ADN catalizado por fotoliasas mediante el cual se resuelven los dímeros de pirimidina de ciclobutano se ha estudiado mediante cristalografía resuelta en el tiempo y análisis computacional para permitir la visualización atómica del proceso. [8]

Evolución

La fotoliasa es una enzima filogenéticamente antigua que está presente y es funcional en muchas especies, desde las bacterias hasta los hongos , las plantas [9] y los animales . [10] La fotoliasa es particularmente importante en la reparación de daños inducidos por rayos UV en las plantas. El mecanismo de la fotoliasa ya no funciona en los humanos y otros mamíferos placentarios que, en cambio, dependen del mecanismo de reparación por escisión de nucleótidos menos eficiente , aunque conservan muchos criptocromos . [11] El estrés por congelación en el trigo anual Triticum aestivum y en su pariente perenne Thinopyrum intermedium está acompañado de grandes aumentos en la expresión de fotoliasas de ADN. [12]

Las fotoliasas son flavoproteínas y contienen dos cofactores que captan luz . Muchas fotoliasas tienen un dominio N-terminal que se une a un segundo cofactor. Todas las fotoliasas contienen el FADH − reducido con dos electrones ; se dividen en dos clases principales según el segundo cofactor, que puede ser el pterina meteniltetrahidrofolato (MTHF) en las fotoliasas de folato o la deazaflavina 8-hidroxi-7,8-didemetil-5-deazariboflavina (8-HDF) en las fotoliasas de deazaflavina . Aunque solo se requiere FAD para la actividad catalítica, el segundo cofactor acelera significativamente la velocidad de reacción en condiciones de poca luz. La enzima actúa por transferencia de electrones en la que la flavina reducida FADH − se activa con la energía de la luz y actúa como donante de electrones para romper el dímero de pirimidina. [13]

Sobre la base de las similitudes de secuencia, las fotoliasas de ADN se pueden agrupar en algunas clases: [14] [15]

La rama de CPD que no pertenece a la clase 2 tiende a agruparse en la clase 1 en algunos sistemas como PRINTS (PR00147). Aunque hay consenso sobre los miembros de los grupos más pequeños, la filogenia puede variar mucho entre los autores debido a las diferencias en la metodología, lo que genera cierta confusión con los autores que intentan encajar todo (excepto FeS-BCP) en una clasificación de dos clases. [15] Los criptocromos forman un grupo polifilético que incluye fotoliasas que han perdido su actividad de reparación del ADN y, en su lugar, controlan los ritmos circadianos. [14] [15]

Solicitud

La adición de fotoliasa de un alga verdeazulada, Anacystis nidulans , a las células HeLa redujo parcialmente el daño del ADN causado por la exposición a los rayos UVB. [17]

Proteínas humanas que contienen este dominio

Criptocromos: CRY1 ; CRY2

Nomenclatura

El nombre sistemático de esta clase de enzimas es desoxirribociclobutadipirimidina pirimidina-liasa . Otros nombres de uso común incluyen enzima fotorreactivadora , fotoliasa de ADN , enzima fotorreactivadora de ADN , fotoliasa de ADN ciclobutano dipirimidina , fotoliasa de ADN , fotoliasa desoxirribonucleica , fotoliasa de desoxirribodipirimidina , fotoliasa , PRE , fotoliasa PhrB , fotoliasa desoxirribonucleica ciclobutano dipirimidina , fotoliasa phr A , fotoliasa dipirimidina (fotosensible) y liasa de dímero de desoxirribonucleato pirimidina (fotosensible) . Esta enzima pertenece a la familia de las liasas , específicamente a la clase "general" de las liasas carbono-carbono.

Referencias

  1. ^ Yamamoto J, Shimizu K, Kanda T, Hosokawa Y, Iwai S, Plaza P, Müller P (octubre de 2017). "La pérdida del cuarto triptófano transferidor de electrones en la fotoliasa animal (6-4) afecta la actividad de reparación del ADN en células bacterianas". Bioquímica . 56 (40): 5356–64. doi :10.1021/acs.biochem.7b00366. PMID  28880077.
  2. ^ Thiagarajan V, Byrdin M, Eker AP, Müller P, Brettel K (junio de 2011). "Cinética de la división del dímero de timina de ciclobutano por la fotoliasa de ADN monitoreada directamente en la luz ultravioleta". Proc Natl Acad Sci USA . 108 (23): 9402–7. Bibcode :2011PNAS..108.9402T. doi : 10.1073/pnas.1101026108 . PMC 3111307 . PMID  21606324. 
  3. ^ Kelner A (febrero de 1949). "Efecto de la luz visible en la recuperación de conidios de Streptomyces griseus de lesiones por irradiación ultravioleta". Proc Natl Acad Sci USA . 35 (2): 73–9. Bibcode :1949PNAS...35...73K. doi : 10.1073/pnas.35.2.73 . PMC 1062964 . PMID  16588862. 
  4. ^ Dulbecco R (junio de 1949). "Reactivación de bacteriófagos inactivados por luz ultravioleta mediante luz visible". Nature . 163 (4155): 949–950. Bibcode :1949Natur.163..949D. doi :10.1038/163949b0. PMID  18229246.
  5. ^ Dulbecco R (marzo de 1950). "Experimentos sobre la fotorreactivación de bacteriófagos inactivados con radiación ultravioleta". J Bacteriol . 59 (3): 329–47. doi :10.1128/jb.59.3.329-347.1950. PMC 385765 . PMID  15436402. 
  6. ^ Friedberg EC (septiembre de 2015). "Una historia del campo de la reparación y mutagénesis del ADN: I. El descubrimiento de la fotorreactivación enzimática". Reparación del ADN (Amst) . 33 : 35–42. doi :10.1016/j.dnarep.2015.06.007. PMID  26151545.
  7. ^ Garrett RH, Grisham CM (2010). Bioquímica . Brooks/Cole, Cengage Learning. ISBN 978-0-495-10935-8.OCLC 984382855  .
  8. ^ Maestre-Reyna M, Wang PH, Nango E, Hosokawa Y, Saft M, Furrer A, Yang CH, Gusti Ngurah Putu EP, Wu WJ, Emmerich HJ, Caramello N, Franz-Badur S, Yang C, Engilberge S, Wranik M, Glover HL, Weinert T, Wu HY, Lee CC, Huang WC, Huang KF, Chang YK, Liao JH, Weng JH, Gad W, Chang CW, Pang AH, Yang KC, Lin WT, Chang YC, Gashi D, Beale E, Ozerov D, Nass K, Knopp G, Johnson PJ, Cirelli C, Milne C, Bacellar C, Sugahara M, Owada S, Joti Y, Yamashita A, Tanaka R, Tanaka T, Luo F, Tono K, Zarzycka W , Müller P, Alahmad MA, Bezold F, Fuchs V, Gnau P, Kiontke S, Korf L, Reithofer V, Rosner CJ, Seiler EM, Watad M, Werel L, Spadaccini R, Yamamoto J, Iwata S, Zhong D, Standfuss J, Royant A, Bessho Y, Essen LO, Tsai MD (diciembre de 2023). "Visualización del proceso de reparación del ADN mediante una fotoliasa con resolución atómica". Ciencia . 382 (6674): eadd7795. Código Bib : 2023 Ciencia... 382d7795M. doi : 10.1126/ciencia.add7795. PMID  38033054.
  9. ^ Eranishi M, Nakamura K, Morioka H, ​​Yamamoto K, Hidema J (2008). "La fotoliasa de dímero de pirimidina ciclobutano nativa del arroz está fosforilada". Fisiología vegetal . 146 (4): 1941–51. doi :10.1104/pp.107.110189. PMC 2287361. PMID  18235036 . 
  10. ^ ab Selby CP, Sancar A (noviembre de 2006). "Una clase de enzimas criptocromo/fotoliasa con actividad fotoliasa específica de ADN monocatenario". Proc Natl Acad Sci USA . 103 (47): 17696–700. Bibcode :2006PNAS..10317696S. doi : 10.1073/pnas.0607993103 . PMC 1621107 . PMID  17062752. 
  11. ^ Lucas-Lledó JI, Lynch M (mayo de 2009). "Evolución de las tasas de mutación: análisis filogenómico de la familia fotoliasa/criptocromo". Biología molecular y evolución . 26 (5): 1143–53. doi :10.1093/molbev/msp029. PMC 2668831 . PMID  19228922. 
  12. ^ Jaikumar NS, Dorn KM, Baas D, Wilke B, Kapp C, Snapp SS (diciembre de 2020). "El daño del ácido nucleico y la reparación del ADN se ven afectados por el estrés por congelación en el trigo anual ( Triticum aestivum ) y por la edad de la planta y la congelación en su pariente perenne ( Thinopyrum intermedium )". Am J Bot . 107 (12): 1693–1709. doi :10.1002/ajb2.1584. PMID  33340368.
  13. ^ Sancar A (junio de 2003). "Estructura y función de la ADN fotoliasa y los fotorreceptores de luz azul criptocromo". Chemical Reviews . 103 (6): 2203–37. doi :10.1021/cr0204348. PMID  12797829.
  14. ^ abcd Scheerer P, Zhang F, Kalms J, von Stetten D, Krauß N, Oberpichler I, Lamparter T (mayo de 2015). "La estructura de la fotoliasa de dímero de pirimidina de ciclobutano de clase III revela un nuevo sitio de unión del cromóforo de antena y vías de fotorreducción alternativas". The Journal of Biological Chemistry . 290 (18): 11504–14. doi : 10.1074/jbc.M115.637868 . PMC 4416854 . PMID  25784552. 
  15. ^ abcd Rivera AS, Ozturk N, Fahey B, Plachetzki DC, Degnan BM, Sancar A, Oakley TH (abril de 2012). "El criptocromo receptor de luz azul se expresa en un ojo de esponja que carece de neuronas y opsina". The Journal of Experimental Biology . 215 (Pt 8): 1278–86. doi :10.1242/jeb.067140. PMC 3309880 . PMID  22442365. 
  16. ^ McCready S, Marcello L (junio de 2003). "Reparación del daño por rayos UV en Halobacterium salinarum ". Biochem Soc Trans . 31 (parte 3): 694–8. doi :10.1042/bst0310694. PMID  12773185.
  17. ^ Kulms D, Pöppelmann B, Yarosh D, Luger TA, Krutmann J, Schwarz T (julio de 1999). "Los efectos nucleares y de la membrana celular contribuyen de forma independiente a la inducción de la apoptosis en células humanas expuestas a la radiación UVB". Proc Natl Acad Sci USA . 96 (14): 7974–9. Bibcode :1999PNAS...96.7974K. doi : 10.1073/pnas.96.14.7974 . PMC 22172 . PMID  10393932. 

Lectura adicional

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