Las exonucleasas son enzimas que funcionan cortando los nucleótidos uno a uno desde el extremo (exo) de una cadena de polinucleótidos. Se produce una reacción de hidrolización que rompe los enlaces fosfodiéster en el extremo 3′ o 5′ . Su pariente cercano es la endonucleasa , que corta los enlaces fosfodiéster en el medio (endo) de una cadena de polinucleótidos. Los eucariotas y procariotas tienen tres tipos de exonucleasas involucradas en el recambio normal del ARNm : la exonucleasa 5′ a 3′ (Xrn1) , que es una proteína de desprotección dependiente ; la exonucleasa 3′ a 5′, una proteína independiente; y la exonucleasa 3′ a 5′ específica de poli(A). [1] [2]
Tanto en las arqueas como en los eucariotas , una de las principales vías de degradación del ARN la realiza el complejo de exosomas multiproteicos , que consta principalmente de exorribonucleasas 3′ a 5′ .
Se sabe que la ARN polimerasa II actúa durante la terminación de la transcripción; trabaja con una exonucleasa 5' (gen humano Xrn2) para degradar el transcrito recién formado, abandonando el sitio de poliadenilación y, simultáneamente, activando la polimerasa. Este proceso implica que la exonucleasa alcance a la pol II y termine la transcripción. [3]
La polimerasa I sintetiza entonces nucleótidos de ADN en lugar del cebador de ARN que acaba de eliminar. La ADN polimerasa I también tiene actividad exonucleasa de 3' a 5' y de 5' a 3', que se utiliza para editar y corregir errores en el ADN. La actividad de 3' a 5' solo puede eliminar un mononucleótido a la vez, y la actividad de 5' a 3' puede eliminar mononucleótidos o hasta 10 nucleótidos a la vez.
En 1971, Lehman IR descubrió la exonucleasa I en E. coli . Desde entonces, se han producido numerosos descubrimientos, entre ellos: exonucleasa II, III , IV, V , VI, VII y VIII. Cada tipo de exonucleasa tiene un tipo específico de función o requisito. [4]
La exonucleasa I desintegra el ADN monocatenario en dirección 3' → 5', liberando desoxirribonucleósidos 5'-monofosfato uno tras otro. No desintegra cadenas de ADN sin grupos 3'-OH terminales porque están bloqueados por grupos fosforilo o acetilo. [5]
La exonucleasa II está asociada con la ADN polimerasa I, que contiene una exonucleasa 5' que corta el cebador de ARN contenido inmediatamente antes del sitio de síntesis de ADN en una dirección 5' → 3'.
La exonucleasa III tiene cuatro actividades catalíticas:
La exonucleasa IV añade una molécula de agua, por lo que puede romper el enlace de un oligonucleótido al nucleósido 5' monofosfato. Esta exonucleasa requiere Mg 2+ para funcionar y trabaja a temperaturas más altas que la exonucleasa I. [7]
La exonucleasa V es una enzima hidrolizante 3' a 5' que cataliza el ADN bicatenario lineal y el ADN monocatenario, lo que requiere Ca2+ . [8] Esta enzima es extremadamente importante en el proceso de recombinación homóloga .
La exonucleasa VIII es una proteína dimérica de 5' a 3' que no requiere ATP ni espacios ni mellas en la cadena, pero requiere un grupo OH 5' libre para llevar a cabo su función [ cita requerida ] .
En Escherichia coli, el gen dnaQ codifica la subunidad ε de la ADN polimerasa III. [9] La subunidad ε es una de las tres proteínas centrales del complejo de la ADN polimerasa. Actúa como una exonucleasa de corrección de errores dirigida al ADN 3'→5' que elimina las bases incorporadas incorrectamente durante la replicación. [10] De manera similar, en la bacteria Salmonella typhimurium , la función de edición 3' a 5' empleada durante la replicación del ADN también está codificada por un gen, dnaQ , que especifica una subunidad de exonucleasa 3' a 5', una de las tres proteínas centrales codificadas por separado de la holoenzima ADN polimerasa III. [11]
A diferencia de E. coli y S. typhimurium , donde las funciones de polimerasa y edición están codificadas por genes separados, en la especie bacteriana Buchnera aphidicola la ADN polimerasa codificada por el gen ADN III (polC) contiene tanto la ADN polimerasa como los dominios de exonucleasa 3' a 5'. [11] Una divergencia evolutiva (hace aproximadamente 0,25 a 1,2 mil millones de años), parece haber estado asociada con la separación de la función del gen de la ADN polimerasa de la función del gen de edición de la exonucleasa 3' a 5' en el linaje que condujo a E. coli y S. typhimurium . [11]
Se sabe que la endonucleasa de tipo humano 3' a 5' es esencial para el procesamiento adecuado del pre-ARNm de histona, en el que la snRNP U7 dirige el proceso de escisión simple. Después de la eliminación del producto de escisión descendente (DCP), Xrn1 continúa descomponiendo aún más el producto hasta que se degrada por completo. [12] Esto permite que los nucleótidos se reciclen. Xrn1 está vinculada a una actividad de escisión cotranscripcional (CoTC) que actúa como precursora para desarrollar un extremo 5' libre sin protección, por lo que la exonucleasa puede eliminar y degradar el producto de escisión descendente (DCP). Esto inicia la terminación transcripcional porque uno no quiere que se acumulen cadenas de ADN o ARN en sus cuerpos. [13]
CCR4-Not es un complejo regulador general de la transcripción en la levadura en ciernes que se asocia con el metabolismo del ARNm , la iniciación de la transcripción y la degradación del ARNm. Se ha descubierto que CCR4 contiene actividades de exonucleasa de 3' a 5' de ARN y ADN monocatenario . [14] Otro componente asociado con CCR4-Not es la proteína CAF1, que se ha descubierto que contiene dominios de exonucleasa de 3' a 5' o de 5' a 3' en el ratón y en Caenorhabditis elegans . [15] Esta proteína no se ha encontrado en la levadura, lo que sugiere que es probable que tenga un dominio de exonucleasa anormal como el que se observa en un metazoo. [16] La levadura contiene exonucleasas Rat1 y Xrn1. Rat1 funciona igual que el tipo humano (Xrn2) y la función de Xrn1 en el citoplasma es en la dirección 5' a 3' para degradar los ARN (ARNr pre-5.8s y 25s) en ausencia de Rat1. [17] [18]
En los coronavirus beta , incluido el SARS-CoV-2 , una exonucleasa correctora de errores, nsp14-ExoN, que forma parte del genoma viral, es responsable de la recombinación que está implicada en el surgimiento de nuevas cepas. [19]
