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Ku (proteína)

Ku es un complejo proteico dimérico que se une a los extremos rotos de la doble cadena de ADN y es necesario para la vía de unión de extremos no homólogos (NHEJ) de reparación del ADN . Ku se conserva evolutivamente desde las bacterias hasta los humanos. El Ku bacteriano ancestral es un homodímero (dos copias de la misma proteína unidas entre sí). [2] La Ku eucariota es un heterodímero de dos polipéptidos , Ku70 (XRCC6) y Ku80 (XRCC5), llamado así porque el peso molecular de las proteínas Ku humanas es de alrededor de 70 kDa y 80 kDa. Las dos subunidades Ku forman una estructura en forma de canasta que se enrosca en el extremo del ADN . [1] Una vez unida, Ku puede deslizarse por la cadena de ADN, lo que permite que más moléculas de Ku se enrosquen en el extremo. En eucariotas superiores, Ku forma un complejo con la subunidad catalítica de la proteína quinasa dependiente de ADN (DNA-PKcs) para formar la proteína quinasa dependiente de ADN completa , DNA-PK. [3] Se cree que Ku funciona como un andamio molecular al que pueden unirse otras proteínas involucradas en NHEJ, orientando la ruptura de doble cadena para la ligadura.

Las proteínas Ku70 y Ku80 constan de tres dominios estructurales . El dominio N-terminal es un dominio alfa /beta. Este dominio solo hace una pequeña contribución a la interfaz del dímero. El dominio comprende una lámina beta de seis hebras del pliegue de Rossmann . [4] El dominio central de Ku70 y Ku80 es un dominio de barril beta de unión al ADN . Ku hace solo unos pocos contactos con la cadena principal de azúcar-fosfato, y ninguno con las bases de ADN , pero se ajusta estéricamente a los contornos del surco mayor y menor formando un anillo que rodea el ADN dúplex, acunando dos vueltas completas de la molécula de ADN. Al formar un puente entre los extremos rotos del ADN, Ku actúa para soportar estructuralmente y alinear los extremos del ADN, para protegerlos de la degradación y para evitar la unión promiscua al ADN intacto. Ku alinea eficazmente el ADN, al mismo tiempo que permite el acceso de polimerasas , nucleasas y ligasas a los extremos rotos del ADN para promover la unión de los extremos. [5] El brazo C-terminal es una región helicoidal alfa que abarca el dominio central de barril beta de la subunidad opuesta . [1] En algunos casos, hay un cuarto dominio presente en el extremo C, que se une a la subunidad catalítica de la proteína quinasa dependiente de ADN . [6]

Ambas subunidades de Ku han sido eliminadas experimentalmente en ratones . Estos ratones presentan inestabilidad cromosómica , lo que indica que la NHEJ es importante para el mantenimiento del genoma. [7] [8]

En muchos organismos, Ku tiene funciones adicionales en los telómeros además de su papel en la reparación del ADN. [9]

La abundancia de Ku80 parece estar relacionada con la longevidad de las especies. [10]

Envejecimiento

Los ratones mutantes deficientes en Ku70 o Ku80, o los ratones doblemente mutantes deficientes tanto en Ku70 como en Ku80, presentan un envejecimiento prematuro. [11] La esperanza de vida media de las tres cepas de ratones mutantes fue similar entre sí, alrededor de 37 semanas, en comparación con las 108 semanas del control de tipo salvaje. Se examinaron seis signos específicos de envejecimiento y se encontró que los tres ratones mutantes mostraban los mismos signos de envejecimiento que los ratones de control, pero a una edad mucho más temprana. La incidencia de cáncer no aumentó en los ratones mutantes. Estos resultados sugieren que la función Ku es importante para asegurar la longevidad y que la vía NHEJ de reparación del ADN (mediada por Ku) tiene un papel clave en la reparación de roturas de doble cadena de ADN que de otro modo causarían un envejecimiento prematuro. [12] (Véase también la teoría del envejecimiento por daño del ADN ).

Plantas

Ku70 y Ku80 también se han caracterizado experimentalmente en plantas, donde parecen desempeñar un papel similar al de otros eucariotas. En el arroz, se ha demostrado que la supresión de cualquiera de las proteínas promueve la recombinación homóloga (HR) [13] Este efecto se explotó para mejorar la eficiencia de la orientación genética (GT) en Arabidopsis thaliana . En el estudio, la frecuencia de GT basada en HR utilizando una nucleasa de dedos de zinc (ZFN) aumentó hasta dieciséis veces en mutantes ku70 [14] Este resultado tiene implicaciones prometedoras para la edición del genoma en eucariotas, ya que los mecanismos de reparación de DSB están altamente conservados. Una diferencia sustancial es que en las plantas, Ku también está involucrado en el mantenimiento de una morfología de telómero alternativa caracterizada por extremos romos o salientes 3' cortos (≤ 3 nt). [15] Esta función es independiente del papel de Ku en la reparación de DSB, ya que se ha demostrado que eliminar la capacidad del complejo Ku de translocarse a lo largo del ADN preserva los telómeros de extremos romos al tiempo que impide la reparación del ADN. [16]

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Las bacterias suelen tener un solo gen Ku (si es que tienen alguno). De manera excepcional, Mesorhizobium loti tiene dos, mlr9624 y mlr9623 . [17]

Las arqueas también suelen tener un solo gen Ku (aproximadamente el 4 % de las especies tienen uno). La historia evolutiva se ve desdibujada por la extensa transferencia horizontal de genes con bacterias. [18]

Las proteínas Ku bacterianas y arqueales son diferentes a sus contrapartes eucariotas en que solo tienen el dominio de barril beta central.

Nombre

El nombre "Ku" se deriva del apellido del paciente japonés en el que fue descubierto. [19]

Referencias

  1. ^ abc PDB : 1JEY ​; Walker JR, Corpina RA, Goldberg J (agosto de 2001). "Estructura del heterodímero Ku unido al ADN y sus implicaciones para la reparación de roturas de doble cadena". Nature . 412 (6847): 607–14. Bibcode :2001Natur.412..607W. doi :10.1038/35088000. PMID  11493912. S2CID  4371575.
  2. ^ Doherty AJ, Jackson SP, Weller GR (julio de 2001). "Identificación de homólogos bacterianos de las proteínas de reparación del ADN Ku". FEBS Lett . 500 (3): 186–8. doi : 10.1016/S0014-5793(01)02589-3 . PMID  11445083. S2CID  43588474.
  3. ^ Carter T, Vancurová I, Sun I, Lou W, DeLeon S (diciembre de 1990). "Una proteína quinasa activada por ADN de núcleos de células HeLa". Mol. Cell. Biol . 10 (12): 6460–71. doi :10.1128/MCB.10.12.6460. PMC 362923. PMID  2247066 . 
  4. ^ Sugihara T, Wadhwa R, Kaul SC, Mitsui Y (abril de 1999). "Una nueva proteína similar a la metalotioneína específica de los testículos, la tesmina, es un marcador temprano de la diferenciación de las células germinales masculinas". Genomics . 57 (1): 130–6. doi :10.1006/geno.1999.5756. PMID  10191092.
  5. ^ Aravind L, Koonin EV (agosto de 2001). "Homólogos procariotas de la proteína de unión al extremo del ADN eucariota Ku, nuevos dominios en la proteína Ku y predicción de un sistema procariota de reparación de roturas de doble cadena". Genome Res . 11 (8): 1365–74. doi :10.1101/gr.181001. PMC 311082 . PMID  11483577. 
  6. ^ Harris R, Esposito D, Sankar A, Maman JD, Hinks JA, Pearl LH, Driscoll PC (enero de 2004). "La estructura de la solución 3D de la región C-terminal de Ku86 (Ku86CTR)". J. Mol. Biol . 335 (2): 573–82. doi :10.1016/j.jmb.2003.10.047. PMID  14672664.
  7. ^ Difilippantonio MJ, Zhu J, Chen HT, Meffre E, Nussenzweig MC, Max EE, Ried T, Nussenzweig A (marzo de 2000). "La proteína de reparación del ADN Ku80 suprime las aberraciones cromosómicas y la transformación maligna". Naturaleza . 404 (6777): 510–4. Código Bib :2000Natur.404..510D. doi :10.1038/35006670. PMC 4721590 . PMID  10761921. 
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  11. ^ Li H, Vogel H, Holcomb VB, Gu Y, Hasty P (2007). "La eliminación de Ku70, Ku80 o ambos causa envejecimiento prematuro sin un aumento sustancial del cáncer". Mol. Cell. Biol . 27 (23): 8205–14. doi :10.1128/MCB.00785-07. PMC 2169178. PMID  17875923 . 
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