La helicasa RecQ es una familia de enzimas helicasas que se encontraron inicialmente en Escherichia coli [1] y que han demostrado ser importantes para el mantenimiento del genoma. [2] [3] [4] Funcionan catalizando la reacción ATP + H 2 O → ADP + P y, por lo tanto, impulsando el desenrollado del ADN emparejado y la translocación en la dirección 3' a 5'. Estas enzimas también pueden impulsar la reacción NTP + H 2 O → NDP + P para impulsar el desenrollado del ADN o el ARN .
En los procariotas, RecQ es necesaria para la recombinación de plásmidos y la reparación del ADN frente a la luz ultravioleta, los radicales libres y los agentes alquilantes. Esta proteína también puede revertir el daño causado por errores de replicación. En los eucariotas, la replicación no se lleva a cabo con normalidad en ausencia de las proteínas RecQ, que también intervienen en el envejecimiento, el silenciamiento, la recombinación y la reparación del ADN.
Los miembros de la familia RecQ comparten tres regiones de secuencia proteica conservada denominadas:
La eliminación de los residuos del extremo N (dominios de la helicasa y RecQ-Ct) afecta tanto a la actividad de la helicasa como a la de la ATPasa, pero no afecta a la capacidad de unión de RecQ, lo que implica que el extremo N funciona como extremo catalítico. Los truncamientos del extremo C (dominio HRDC) comprometen la capacidad de unión de RecQ, pero no su función catalítica. La importancia de RecQ en las funciones celulares se ejemplifica con las enfermedades humanas, que conducen a la inestabilidad genómica y a una predisposición al cáncer.
Hay al menos cinco genes humanos RecQ; y las mutaciones en tres genes humanos RecQ están implicadas en enfermedades humanas hereditarias: el gen WRN en el síndrome de Werner (WS), el gen BLM en el síndrome de Bloom (BS) y RECQL4 en el síndrome de Rothmund-Thomson . [5] Estos síndromes se caracterizan por un envejecimiento prematuro y pueden dar lugar a enfermedades como el cáncer , la diabetes tipo 2 , la osteoporosis y la aterosclerosis , que se encuentran comúnmente en la vejez. Estas enfermedades están asociadas con una alta incidencia de anomalías cromosómicas, incluidas roturas cromosómicas, reordenamientos complejos, deleciones y translocaciones, mutaciones específicas del sitio y, en particular, intercambios de cromátidas hermanas (más comunes en el BS) que se cree que son causados por un alto nivel de recombinación somática.
El funcionamiento adecuado de las helicasas RecQ requiere la interacción específica con la topoisomerasa III (Top 3). La Top 3 cambia el estado topológico del ADN uniéndose y escindiendo el ADN monocatenario y pasando un segmento de ADN monocatenario o bicatenario a través de la rotura transitoria y finalmente volviendo a ligar la rotura. La interacción de la helicasa RecQ con la topoisomerasa III en la región N-terminal está involucrada en la supresión de la recombinación espontánea e inducida por daño y la ausencia de esta interacción da como resultado un fenotipo letal o muy severo. El panorama emergente claramente es que las helicasas RecQ en conjunto con la Top 3 están involucradas en el mantenimiento de la estabilidad e integridad genómicas controlando los eventos de recombinación y reparando el daño del ADN en la fase G2 del ciclo celular. La importancia de RecQ para la integridad genómica se ejemplifica con las enfermedades que surgen como consecuencia de mutaciones o disfunciones en las helicasas RecQ; por lo tanto, es crucial que RecQ esté presente y funcione para asegurar el crecimiento y desarrollo humanos adecuados.
La helicasa dependiente de ATP del síndrome de Werner (helicasa WRN) es inusual entre las helicasas de la familia de ADN RecQ por tener una actividad exonucleasa adicional. WRN interactúa con DNA-PKcs y el complejo proteico Ku . Esta observación, combinada con evidencia de que las células deficientes en WRN producen deleciones extensas en los sitios de unión de extremos de ADN no homólogos, sugiere un papel para la proteína WRN en el proceso de reparación del ADN de unión de extremos no homólogos (NHEJ). [6] WRN también interactúa físicamente con el factor NHEJ principal X4L4 ( complejo XRCC4 - ADN ligasa 4 ). [7] X4L4 estimula la actividad exonucleasa WRN que probablemente facilita el procesamiento de los extremos del ADN antes de la ligación final por X4L4. [7]
La WRN también parece desempeñar un papel en la resolución de estructuras intermedias de recombinación durante la reparación recombinatoria homóloga (HRR) de roturas de doble cadena de ADN. [6]
WRN participa en un complejo con las proteínas RAD51 , RAD54, RAD54B y ATR para llevar a cabo el paso de recombinación durante la reparación de enlaces cruzados de ADN entre cadenas . [8]
Se presentó evidencia de que WRN desempeña un papel directo en la reparación del daño del ADN inducido por metilación . El proceso probablemente involucra las actividades de helicasa y exonucleasa de WRN que operan junto con la ADN polimerasa beta en la reparación por escisión de la base de parche largo . [9]
Se descubrió que WRN tiene un papel específico en la prevención o reparación de daños en el ADN resultantes del estrés oxidativo crónico , particularmente en células de replicación lenta. [10] Este hallazgo sugirió que WRN puede ser importante para abordar los daños oxidativos del ADN que subyacen al envejecimiento normal [10] (ver teoría del daño del ADN del envejecimiento ).
Las células de humanos con síndrome de Bloom son sensibles a agentes que dañan el ADN, como los rayos UV y el metilmetanosulfonato [11], lo que indica una capacidad deficiente de reparación del ADN .
La levadura en ciernes Saccharomyces cerevisiae codifica un ortólogo de la proteína del síndrome de Bloom (BLM) que se denomina Sgs1 (Small growth suppressor 1). Sgs1(BLM) es una helicasa que funciona en la reparación recombinacional homóloga de roturas de doble cadena de ADN. La helicasa Sgs1(BLM) parece ser un regulador central de la mayoría de los eventos de recombinación que ocurren durante la meiosis de S. cerevisiae . [12] Durante la meiosis normal, Sgs1(BLM) es responsable de dirigir la recombinación hacia la formación alternada de moléculas de unión de Holliday o de no entrecruzamientos tempranos , siendo estas últimas posteriormente resueltas como entrecruzamientos . [12]
En la planta Arabidopsis thaliana , los homólogos de la helicasa Sgs1(BLM) actúan como barreras importantes para la formación de cruces meióticos. [13] Se cree que estas helicasas desplazan la hebra invasora permitiendo su hibridación con el otro extremo saliente 3' de la rotura de doble hebra, lo que conduce a la formación recombinante sin cruce mediante un proceso llamado hibridación de hebra dependiente de síntesis (SDSA) (véase el artículo de Wikipedia “ Recombinación genética ”). Se estima que solo alrededor del 5% de las roturas de doble hebra se reparan mediante recombinación cruzada. Sequela-Arnaud et al. [13] sugirieron que los números de cruces están restringidos debido a los costos a largo plazo de la recombinación cruzada, es decir, la ruptura de combinaciones genéticas favorables de alelos construidas por la selección natural pasada .
En los seres humanos, los individuos con síndrome de Rothmund-Thomson y portadores de la mutación de la línea germinal RECQL4 presentan varias características clínicas de envejecimiento acelerado . Estas características incluyen cambios atróficos en la piel y la pigmentación, alopecia , osteopenia , cataratas y una mayor incidencia de cáncer . [14] Los ratones mutantes RECQL4 también muestran características de envejecimiento acelerado. [15]
RECQL4 tiene un papel crucial en la resección de extremos de ADN que es el paso inicial necesario para la reparación de roturas de doble cadena dependiente de la recombinación homóloga (HR). [16] Cuando RECQL4 se agota, la reparación mediada por HR y la resección del extremo 5' se reducen gravemente in vivo . RECQL4 también parece ser necesario para otras formas de reparación de ADN , incluidas la unión de extremos no homólogos , la reparación por escisión de nucleótidos y la reparación por escisión de bases . [14] La asociación de la reparación de ADN mediada por RECQL4 deficiente con el envejecimiento acelerado es consistente con la teoría del daño del ADN del envejecimiento .
