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Migración de sucursales

Diagrama que ilustra el movimiento de un punto de ramificación entre dos piezas homólogas de ADN. La migración viaja hacia la izquierda y se detiene cuando llega al final de la región homóloga. El segundo punto de bifurcación a la derecha también puede moverse libremente en cualquier dirección.

La migración de ramas es el proceso mediante el cual pares de bases en cadenas de ADN homólogas se intercambian consecutivamente en una unión Holliday , moviendo el punto de ramificación hacia arriba o hacia abajo en la secuencia de ADN. [1] La migración de ramas es el segundo paso de la recombinación genética , tras el intercambio de dos hebras simples de ADN entre dos cromosomas homólogos. [2] El proceso es aleatorio y el punto de ramificación puede desplazarse en cualquier dirección en la hebra, lo que influye en el grado en que se intercambia el material genético. [1] La migración de ramas también se puede observar en la reparación y replicación del ADN , al llenar espacios en la secuencia. También se puede observar cuando un fragmento extraño de ADN invade la cadena. [2]

Mecanismo

El mecanismo de migración de ramas difiere entre procariotas y eucariotas . [2]

Procariotas

Estructura en X abierta de un cruce de Holliday. RuvA se une al ADN y encaja entre las dobles hebras en los cuatro lados. RuvA también tiene un dominio que encaja dentro del centro del cruce.

El mecanismo de migración de ramas procarióticas se ha estudiado muchas veces en Escherichia coli . [2] En E. coli, las proteínas RuvA y RuvB se unen y forman un complejo que facilita el proceso de varias maneras. RuvA es un tetrámero y se une al ADN en la unión Holliday cuando está en la forma X abierta. La proteína se une de manera que el ADN que entra o sale de la unión aún puede girar y deslizarse libremente. RuvA tiene un dominio con residuos de aminoácidos ácidos que interfieren con los pares de bases en el centro de la unión. Esto fuerza a los pares de bases a separarse para que puedan volver a hibridarse con pares de bases en las hebras homólogas. [3]

Para que se produzca la migración, RuvA debe estar asociado con RuvB y ATP . RuvB tiene la capacidad de hidrolizar ATP, impulsando el movimiento del punto de ramificación. RuvB es un hexámero con actividad helicasa y también se une al ADN. A medida que se hidroliza el ATP, RuvB rota las hebras recombinadas mientras las saca de la unión, pero no las separa como lo haría la helicasa. [3]

El paso final en la migración de ramas se llama resolución y requiere la proteína RuvC . La proteína es un dímero y se unirá a la unión de Holliday cuando adopte la forma de X apilada. La proteína tiene actividad endonucleasa y escinde las hebras exactamente al mismo tiempo. La escisión es simétrica y da dos moléculas de ADN recombinadas con roturas monocatenarias. [4]

Eucariotas

El mecanismo eucariota es mucho más complejo e implica proteínas diferentes y adicionales, pero sigue el mismo camino general. [2] Se informa que Rad54 , una proteína eucariota altamente conservada, se oligomeriza en las uniones Holliday para promover la migración de ramas. [5]

arqueas

Una helicasa (designada Saci-0814) aislada de la crenarchaeon termófila Sulfolobus acidocaldarius disocia las estructuras de unión de Holliday del ADN y mostró actividad de migración de ramas in vitro . [6] En una cepa de S. acidocaldarius eliminada para Saci-0814, la frecuencia de recombinación homóloga se redujo cinco veces en comparación con la cepa parental, lo que indica que Saci-0814 participa en la recombinación homóloga in vivo . Con base en esta evidencia, parece que Saci-0814 se emplea en recombinación homóloga en S. acidocaldarius y funciona como una helicasa de migración de ramas. [6] La recombinación homóloga parece ser una adaptación importante en los hipertermófilos, como S. acidocaldarius , para reparar eficientemente el daño del ADN. Helicase Saci-0814 está clasificada como aLhr1 (arquea helicasa larga relacionada 1) en la superfamilia 2 helicasas, y sus homólogos se conservan entre las arqueas.

Control

La unión Holliday convierte entre la estructura X abierta (arriba) y la estructura X apilada (abajo) dependiendo de la concentración de Mg 2+ .

La tasa de migración de ramificaciones depende de la cantidad de iones divalentes , específicamente iones de magnesio (Mg 2+ ), presentes durante la recombinación. [1] Los iones determinan qué estructura adoptará la unión Holliday, ya que desempeñan un papel estabilizador. Cuando los iones están ausentes, las cadenas principales se repelen entre sí y la unión adopta la estructura en X abierta. [7] En esta condición, la migración es óptima y la unión podrá moverse libremente hacia arriba y hacia abajo por los hilos. [3] Cuando los iones están presentes, neutralizan la columna vertebral cargada negativamente. Esto permite que los hilos se acerquen y la unión adopte la estructura en X apilada. [7] Es durante este estado que la resolución será óptima, permitiendo que RuvC se una a la unión. [3]

Referencias

  1. ^ abc Lilley, David MJ (1 de mayo de 2000). "Estructuras de uniones helicoidales en ácidos nucleicos". Reseñas trimestrales de biofísica . 33 (2): 109-159. doi :10.1017/s0033583500003590. ISSN  1469-8994. PMID  11131562. S2CID  40501795.
  2. ^ abcde "Recombinación genética | Aprenda ciencias en Scitable". www.naturaleza.com . Consultado el 13 de noviembre de 2015 .
  3. ^ abcd Yamada, Kazuhiro; Ariyoshi, Mariko; Morikawa, Kosuke (1 de abril de 2004). "Vistas estructurales tridimensionales de migración de ramas y resolución en recombinación homóloga de ADN". Opinión actual en biología estructural . 14 (2): 130-137. doi :10.1016/j.sbi.2004.03.005. PMID  15093826.
  4. ^ Górecka, KM; Komorowska, W.; Nowotny, M. (2013). "Estructura cristalina de la resolvasa RuvC en complejo con el sustrato de unión Holliday". Investigación de ácidos nucleicos . 41 (21): 9945–9955. doi : 10.1093/nar/gkt769. PMC 3834835 . PMID  23980027. 
  5. ^ Goyal N, Rossi MJ, Mazina OM, Chi Y, Moritz RL, Clurman BE, Mazin AV (2018). "El dominio N-terminal RAD54 es un sensor de ADN que combina la hidrólisis de ATP con la migración de ramas de las uniones Holliday". Comuna Nacional . 9 (1): 34. Código Bib : 2018NatCo...9...34G. doi :10.1038/s41467-017-02497-x. PMC 5750232 . PMID  29295984. 
  6. ^ ab Suzuki, Shoji; Kurosawa, Norio; Yamagami, Takeshi; Matsumoto, Shunsuke; Numata, Tomoyuki; Ishino, Sonoko; Ishino, Yoshizumi (2021). "Caracterizaciones genéticas y bioquímicas de la helicasa aLhr1 en el termófilo Crenarchaeon Sulfolobus acidocaldarius". Catalizadores . 12 : 34. doi : 10.3390/catal12010034 .
  7. ^ ab Clegg, RM (1 de enero de 1993). "La estructura de la unión de cuatro vías en el ADN". Revista Anual de Biofísica y Estructura Biomolecular . 22 (1): 299–328. doi : 10.1146/annurev.bb.22.060193.001503. PMID  8347993.