Una abrazadera de ADN , también conocida como abrazadera deslizante , es un complejo proteico que actúa como factor promotor de procesividad en la replicación del ADN . Como componente crítico de la holoenzima ADN polimerasa III , la proteína abrazadera se une a la ADN polimerasa y evita que esta enzima se disocie de la cadena de ADN molde . Las interacciones proteína-proteína abrazadera-polimerasa son más fuertes y más específicas que las interacciones directas entre la polimerasa y la cadena de ADN molde; debido a que uno de los pasos limitantes de la velocidad en la reacción de síntesis de ADN es la asociación de la polimerasa con la cadena de ADN molde, la presencia de la abrazadera deslizante aumenta drásticamente la cantidad de nucleótidos que la polimerasa puede agregar a la cadena en crecimiento por evento de asociación. La presencia de la abrazadera de ADN puede aumentar la velocidad de síntesis de ADN hasta 1000 veces en comparación con una polimerasa no procesiva. [2]
La pinza de ADN es una proteína α+β que se ensambla en una estructura de anillo multimérica de seis dominios que rodea completamente la doble hélice de ADN a medida que la polimerasa agrega nucleótidos a la cadena en crecimiento. [3] Cada dominio está formado a su vez por dos repeticiones estructurales β-α-β-β-β. [4] La pinza de ADN se ensambla sobre el ADN en la horquilla de replicación y se "desliza" a lo largo del ADN con la polimerasa que avanza, ayudada por una capa de moléculas de agua en el poro central de la pinza entre el ADN y la superficie de la proteína. Debido a la forma toroidal del multímero ensamblado, la pinza no puede disociarse de la cadena molde sin disociarse también en monómeros .
El pliegue de la abrazadera del ADN se encuentra en bacterias , arqueas , eucariotas y algunos virus . En las bacterias, la abrazadera deslizante es un homodímero compuesto por dos subunidades beta idénticas de la ADN polimerasa III y, por lo tanto, se denomina abrazadera beta. En las arqueas [5] y los eucariotas, es un trímero compuesto por tres moléculas de PCNA . El bacteriófago T4 también utiliza una abrazadera deslizante, llamada gp45, que es un trímero similar en estructura al PCNA pero que carece de homología de secuencia con el PCNA o la abrazadera beta bacteriana. [3]
La abrazadera beta es una abrazadera de ADN específica y una subunidad de la holoenzima ADN polimerasa III que se encuentra en las bacterias. Dos subunidades beta se ensamblan alrededor del ADN por la subunidad gamma y la hidrólisis de ATP; este ensamblaje se llama complejo de preiniciación . Después del ensamblaje alrededor del ADN, la afinidad de las subunidades beta por la subunidad gamma se reemplaza por una afinidad por las subunidades alfa y épsilon, que juntas crean la holoenzima completa. [7] [8] [9] La ADN polimerasa III es el principal complejo enzimático involucrado en la replicación del ADN procariota .
El complejo gamma de la ADN polimerasa III, compuesto por subunidades γδδ'χψ, cataliza el ATP para acompañar a dos subunidades beta para que se unan al ADN. Una vez unidas al ADN, las subunidades beta pueden deslizarse libremente a lo largo del ADN bicatenario. Las subunidades beta a su vez se unen al complejo αε polimerasa. La subunidad α posee actividad de ADN polimerasa y la subunidad ε es una exonucleasa 3'-5' . [9]
La cadena beta de la ADN polimerasa III bacteriana está compuesta por tres dominios topológicamente equivalentes ( N-terminal , central y C-terminal ). Dos moléculas de la cadena beta están estrechamente asociadas para formar un anillo cerrado que rodea el ADN dúplex.
Ciertos AINE (carprofeno, bromfenaco y vedaprofeno) muestran cierta supresión de la replicación del ADN bacteriano al inhibir la fijación del ADN bacteriano. [10]
La abrazadera deslizante en eucariotas se ensambla a partir de una subunidad específica de la ADN polimerasa delta llamada antígeno nuclear de proliferación celular ( PCNA ). Los dominios N-terminal y C-terminal del PCNA son topológicamente idénticos. Tres moléculas de PCNA están estrechamente asociadas para formar un anillo cerrado que rodea el ADN dúplex.
La secuencia de PCNA está bien conservada entre plantas, animales y hongos, lo que indica una fuerte presión selectiva para la conservación de la estructura y sugiere que este tipo de mecanismo de replicación del ADN se conserva en todos los eucariotas. [12] [13] En los eucariotas, una "pinza 9-1-1" heterotrimérica homóloga formada por RAD9 - RAD1 - HUS1 (911) es responsable del control del punto de control del daño del ADN. [14] Esta pinza 9-1-1 se monta sobre el ADN en la dirección opuesta. [15]
Las arqueas , probables precursoras evolutivas de los eucariotas, también tienen universalmente al menos un gen PCNA. Este anillo PCNA trabaja con PolD , la única ADN polimerasa similar a la eucariota en las arqueas responsable de múltiples funciones, desde la replicación hasta la reparación. Algunas especies inusuales tienen dos o incluso tres genes PCNA, formando heterotrímeros u homotrímeros especializados distintos. [16] Las arqueas también comparten con los eucariotas el motivo PIP (proteína que interactúa con PCNA), pero se encuentra una variedad más amplia de tales proteínas que realizan diferentes funciones. [17]
Algunos virus también se apropian del PCNA. El género de virus gigantes Chlorovirus , con PBCV-1 como representante, lleva en su genoma dos genes PCNA ( Q84513 , O41056 ) y una ADN polimerasa de tipo eucariota. [18] Los miembros de Baculoviridae también codifican un homólogo del PCNA ( P11038 ). [19]
La subunidad de la proteína gp45 de la abrazadera deslizante viral contiene dos dominios. Cada dominio consta de dos hélices alfa y dos láminas beta; el pliegue está duplicado y tiene una simetría interna pseudo-doble. [21] Tres moléculas de gp45 están estrechamente asociadas para formar un anillo cerrado que rodea el ADN dúplex.
Algunos miembros de Herpesviridae codifican una proteína que tiene un pliegue de abrazadera de ADN pero no se asocia a una abrazadera de anillo. Sin embargo, la proteína de dos dominios se asocia con la ADN polimerasa viral y también actúa para aumentar la procesividad. [22] Como no forma un anillo, no necesita un cargador de abrazadera para unirse al ADN. [23]
Las pinzas deslizantes se cargan en sus cadenas de ADN asociadas mediante proteínas especializadas conocidas como " cargadores de pinzas deslizantes ", que también desmontan las pinzas una vez que se ha completado la replicación. Los sitios de unión de estas proteínas iniciadoras se superponen con los sitios de unión de la ADN polimerasa, por lo que la pinza no puede asociarse simultáneamente con un cargador de pinzas y con una polimerasa. Por lo tanto, la pinza no se desmontará activamente mientras la polimerasa permanezca unida. Las pinzas de ADN también se asocian con otros factores involucrados en la homeostasis del ADN y el genoma, como los factores de ensamblaje de nucleosomas , las ligasas de fragmentos de Okazaki y las proteínas de reparación del ADN . Todas estas proteínas también comparten un sitio de unión en la pinza de ADN que se superpone con el sitio del cargador de pinzas, lo que garantiza que la pinza no se eliminará mientras alguna enzima aún esté trabajando en el ADN. La actividad del cargador de pinzas requiere hidrólisis de ATP para "cerrar" la pinza alrededor del ADN.
