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