La enzima ADN-(sitio apurínico o apirimidínico) liasa , también denominada ADN-(sitio apurínico o apirimidínico) 5'-fosfomonoéster-liasa (nombre sistemático) o ADN AP liasa (EC 4.2.99.18) cataliza la escisión del enlace COP 3' del sitio apurínico o apirimidínico en el ADN mediante una reacción de β-eliminación , dejando un azúcar insaturado 3'-terminal y un producto con un fosfato 5' terminal. [1] En la década de 1970, se descubrió que esta clase de enzima reparaba en sitios apurínicos o apirimidínicos del ADN en E. coli y en células de mamíferos. La principal enzima activa de esta clase en bacterias, y específicamente, en E. coli, es la endonucleasa tipo III. Esta enzima es parte de una familia de liasas que escinden enlaces carbono-oxígeno.
Otros nombres para la ADN AP liasa incluyen: AP liasa ; AP endonucleasa clase I ; endodesoxirribonucleasa (apurínica o apirimidínica) ; desoxirribonucleasa (apurínica o apirimidínica) ; endonucleasa III de E. coli ; endonucleasa UV del fago-T4 ; endonucleasa UV de Micrococcus luteus ; sitio AP-ADN 5'-fosfomonoéster-liasa ; y endonucleasa de rayos X III .
Dado que la liasa de ADN AP es una clase de estructuras que tienen numerosos genes diana que codifican distintas variantes de la enzima, no existe una única estructura enzimática que pueda utilizarse como ejemplo que abarque todas las versiones de la enzima. A marzo de 2015, se han resuelto 99 estructuras para esta clase de enzimas. Los ejemplos del PDB son los códigos de acceso 1ENI, 1ENJ, 1ENK, 1K3W, 1K3X, 1K82, 1N39, 1N3A, 1N3C, 1VAS, 1XG7, 1XQO, 1XQP, 2ABK, 1EA0, 2I5W, 2J63, 2NOB, 2NOE, 2NOF, 2NOH, 2NOI, 2NOL, 2NOZ, 2OPF, 3TWK, 3TWL, 3TWM, 4PII y 7Z5A.
Las enzimas liasas de AP catalizan reacciones análogas a la reacción de eliminación β. Inicialmente, las AP se hidrolizan, como la endonucleasa I apurínica o apirimidínica que contiene un sitio activo Mg2 + que escinde el ADN en el lado 5', produciendo un fosfato de 5'-desoxirribosa y 3'-OH. [2] Un sitio AP en el ADN aparece cuando se escinde el enlace glucosílico que conecta la base de purina o pirimidina con el azúcar desoxirribosa. [3] Esta reacción se conoce como despurinación o despirimidinación. El azúcar en el sitio AP es un ion carboxonio cíclico altamente inestable que sufre una hidrólisis rápida para producir una mezcla diastereomérica de 2-desoxi-α- D- ribosa y 2-desoxi-β- D -ribosa. Las enzimas liasas de AP podrían quedar atrapadas en el ADN de AP tanto preincidido como no incidido mediante un agente reductor como el borohidruro de sodio . Además, el mecanismo catalítico de las liasas de AP, la reacción de β-eliminación, se lleva a cabo a través de un intermediario enzima-ADN imina. [4]
En E. coli , la enzima ADN AP liasa (endonucleasa III) ayuda a reparar el daño oxidativo a las bases del ADN al catalizar la escisión de las pirimidinas y purinas dañadas por la saturación o apertura del anillo de la cadena principal del ADN. Este daño puede ser causado por hidrólisis no enzimática y/o exposición a radiación ionizante. [5] [6]
Tanto la endonucleasa UV V del bacteriófago T4 (endonucleasa UV V) como la endonucleasa UV III de E. coli catalizan las reacciones de la N-glicosilasa y de la endonucleasa 3'-básica. Se demostró que las endonucleasas UV del bacteriófago T4 y de Micrococcus luteus no estaban dentro de la clase de "endonucleasas", sino que eran catalizadores de eliminación β para reacciones en sitios AP en el enlace C 3' -OP, por lo que se las clasifica como liasas AP. Las endonucleasas UV del fago T4 también catalizan la reacción de la reacción δ, cortando el enlace C 5' -OP en los sitios AP, aunque esta reacción es lenta y la enzima aún debería clasificarse como liasa AP. Este anillo abierto permite la sustitución de la base correcta por otras enzimas. [7] [8] [9]
Se ha documentado que la actividad de la liasa de ADN AP tiene una función similar tanto en E. Coli como en humanos. Un homólogo de la endonucleasa III, el homólogo 1 de la endonucleasa III humana o hNTH1 , funciona de manera similar en humanos a como lo hace su homólogo en E. Coli . [10]
El daño del ADN es omnipresente en todas las formas de vida. Se estima que hay entre 1 x 10 −4 y 1 x 10 −6 mutaciones por gameto humano , lo que se traduce en encontrar al menos una mutación en un locus específico por cada millón de gametos. [11] El ADN es la única molécula biológica que depende únicamente de la reparación de moléculas existentes y es la molécula más grande que puede seguir funcionando a pesar de numerosas mutaciones; por lo tanto, las mutaciones se acumulan con el tiempo. [12] Sin embargo, sin esta reparación, pueden surgir afecciones como el síndrome de sensibilidad a los rayos UV , [13] xeroderma pigmentoso , [14] y el síndrome de Cockayne [12] .
El menos grave de los tres, las personas que sufren el síndrome de sensibilidad a los rayos UV experimentan hipersensibilidad a los rayos UV. El síndrome surge de una mutación en la proteína KIAA1530 . A diferencia de otras afecciones graves que implican cánceres de piel y una reducción significativa de la esperanza de vida, [15] esta afección puede provocar pecas y otras imperfecciones de la piel, pero no aumenta la probabilidad de desarrollar un cáncer de piel. [16] Esta afección es tan rara que se ha documentado que se presenta en siete personas [17] en todo el mundo. Sin embargo, se especula que esta afección está poco estudiada y, de hecho, hay más personas que viven con el síndrome.
El xeroderma pigmentoso o XP es un trastorno genético poco común que se presenta en todo el mundo. En las personas afectadas, la exposición a la radiación ultravioleta, especialmente la del sol, es limitada y se producen pigmentaciones solares y xerosis. Los afectados pueden perder las cejas, presentar ojos inyectados en sangre y, en casos extremos, no tratados, puede resultar en daño solar extremo que resulta en cánceres de piel y disminución de la esperanza de vida debido al melanoma maligno metastásico y al carcinoma de células escamosas . [18] Sin embargo, algunos estudios informan que los tratamientos experimentales con la enzima reparadora T4 endonucleasa V [19] e isotretinoína oral pueden ser útiles para prevenir el cáncer de piel adquirido a partir del trastorno. [20] [21]
Si se pierde la reparación acoplada a la transcripción, tiene poco efecto en la mutagénesis; sin embargo, esto tiene graves implicaciones en los síndromes progeroides , especialmente en los genes que codifican las proteínas CSA y CSB. Las mutaciones en estos genes causan el síndrome de Cockayne , que se caracteriza por el cese temprano del crecimiento y el desarrollo, lo que lleva a una neurodisfunción grave y progresiva asociada con desmielinización, pérdida auditiva neurosensorial, cataratas, caquexia y fragilidad. [12] La esperanza de vida promedio de los pacientes con la enfermedad es de 12 años. [15] Para los pacientes con CS tipo II que tienen poco crecimiento neuronal después del nacimiento, la esperanza de vida se reduce significativamente a 7 años después del nacimiento. Esta afección puede ocurrir junto con xeroderma pigmentosum, lo que resulta en el síndrome de xeroderma pigmentosum-cockayne ( XP-CS ).
