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Endodesoxirribonucleasa de unión cruzada

La endodesoxirribonucleasa de unión cruzada , también conocida como resolvasa de unión de Holliday , endonucleasa de unión de Holliday , endonucleasa de escisión de unión de Holliday , endoribonucleasa de resolución de unión de Holliday , endoribonucleasa de unión cruzada y endonucleasa de corte cruciforme , es una enzima implicada en la reparación del ADN y la recombinación homóloga . Específicamente, realiza una escisión endonucleolítica que da como resultado un cruce monocatenario entre dos moléculas de ADN homólogas en la unión Holliday para producir productos de ADN recombinante para la segregación cromosómica. Este proceso se conoce como resolución de unión Holliday.

Función biológica

La unión Holliday es una estructura que se forma durante la recombinación genética y une dos moléculas de ADN bicatenario con un cruce monocatenario, que se forman durante la recombinación mitótica y meiótica . [1] Las endodesoxirribonucleasas de unión cruzada catalizan la resolución de la unión Holiday, que es la formación de moléculas de ADN recombinantes separadas y la separación cromosómica después del evento de cruce en la unión Holliday. [2] Se han identificado endodesoxirribonucleasas de unión cruzada con función de resolución de Holliday Junction en los tres dominios de la vida: bacterias , arqueas y eukarya . RuvC en bacterias, CCE1 en Saccharomyces cerevisiae , [1] y GEN1 en humanos [3] son ​​todas endodesoxirribonucleasas de unión cruzada que realizan la resolución de Holliday Junction. En la siguiente figura se muestra la resolución de la unión Holliday catalizada por la endodesoxirribonucleasa de unión cruzada.

Resolución de la unión Holliday catalizada por endodesoxirribonucleasa de unión cruzada. Izquierda: Primero, cuatro hebras de ADN (dos negras y dos blancas) se combinan para formar dos moléculas de ADN bicatenario en una unión Holliday. Centro: A continuación, el sustrato forma un complejo con el complejo de endodesoxirribonucleasa de unión cruzada para la resolución de la unión Holliday. Derecha: Finalmente, la finalización de Holliday Junction Resolution da como resultado ADN recombinante. Diagrama generado con base en Wyatt et al. [4]

Las endodesoxirribonucleasas de unión cruzada también desempeñan funciones clave en la reparación del ADN . Durante el crecimiento celular y la meiosis , a menudo se producen roturas de la doble cadena del ADN (DSB), que normalmente se reparan mediante recombinación homóloga. [5] Debido a que las endodesoxirribonucleasas de unión cruzada realizan la resolución de unión Holliday, un paso crucial de la recombinación homóloga, están involucradas en la reparación de DSB.

Estructura

E. coli RuvC , una endodesoxirribonucleasa de unión cruzada, es una pequeña proteína de aproximadamente 20 kD y su forma activa es un dímero que requiere y se une a un ion magnesio [1]. RuvC es un sándwich alfa-beta de 3 capas con una lámina beta entre 5 hélices alfa [6] . La enzima contiene dos canales de unión que entran en contacto con la columna vertebral de la unión Holliday a lo largo de siete nucleótidos . [7] También se ha identificado una enzima resolvasa de unión de Holliday en arqueas de células de Pyrococcus furiosus : está codificada por un gen llamado hjc y está compuesta de 123 aminoácidos [8] .

A continuación se muestra una figura de Thermus thermophilus RuvC en complejo con una unión Holliday.

Endodesoxirribonucleasa de unión cruzada de Archaea en complejo con ADN de Holliday Junction. Generado con 4LD0.pdb. [6]

Mecanismo

Estas enzimas son altamente selectivas para el ADN ramificado, aunque el ajuste inducido ocurre en la formación del complejo enzima-sustrato (resolvasa-unión Holloday). [9] Aún se desconoce mucho sobre el mecanismo de acción exacto, pero se sabe que las bacterias, los bacteriófagos y las arqueas catalizan la resolución de la unión de Holliday mediante la introducción de muescas simétricas a través de la unión de Holliday [10] . El análisis de endodesoxirribonucleasas de unión cruzada de bacteriófagos (endonucleasa I T7), bacterias (RuvC), hongos (GEN1) y humanos (hMus81-Eme1) ha revelado que las enzimas funcionan en dímeros [11] y parte de la reacción de resolución tiene lugar en un intermedio enzima-sustrato parcialmente disociado. [12]

Relevancia humana

Después de una búsqueda de 20 años, en 2008, finalmente se identificó una endodesoxirribonucleasa de unión cruzada humana, GEN1 [13] . GEN1 realiza funciones similares y opera mediante mecanismos similares a los estudiados previamente endodesoxirribonucleasa de unión cruzada en bacterias, arqueas y otros eukarya. [13] Se cree que la enzima desempeña un papel en el síndrome de Bloom . Se ha propuesto que el síndrome de Bloom implica la inducción de DSB a través de una resolvasa de unión de Holliday no identificada. [14] También se ha demostrado que la sobreexpresión de la función resolvasa de Holliday Junction se correlaciona con los cánceres que sobreexpresan RAD51 . [15]

Referencias

  1. ^ ab Iwasaki H, Takahagi M, Shiba T, Nakata A, Shinagawa H (diciembre de 1991). "La proteína RuvC de Escherichia coli es una endonucleasa que resuelve la estructura de Holliday". La Revista EMBO . 10 (13): 4381–9. doi :10.1002/j.1460-2075.1991.tb05016.x. PMC  453191 . PMID  1661673.
  2. ^ Cañas C, Suzuki Y, Marchisone C, Carrasco B, Freire-Benéitez V, Takeyasu K, Alonso JC, Ayora S (junio de 2014). "Interacción de las translocasas de migración de ramas con la enzima de resolución de uniones de Holliday y sus implicaciones en la resolución de las uniones de Holliday". La Revista de Química Biológica . 289 (25): 17634–46. doi : 10.1074/jbc.M114.552794 . PMC 4067198 . PMID  24770420. 
  3. ^ Ip SC, Rass U, Blanco MG, Flynn HR, Skehel JM, West SC (noviembre de 2008). "Identificación de resolvasas de unión Holliday de humanos y levaduras". Naturaleza . 456 (7220): 357–61. Código Bib :2008Natur.456..357I. doi : 10.1038/naturaleza07470. PMID  19020614. S2CID  4362699.
  4. ^ Wyatt HD, West SC (septiembre de 2014). "Resuelve el cruce de vacaciones". Perspectivas de Cold Spring Harbor en biología . 6 (9): a023192. doi : 10.1101/cshperspect.a023192. PMC 4142969 . PMID  25183833. 
  5. ^ Agmon N, Yovel M, Harari Y, Liefshitz B, Kupiec M (septiembre de 2011). "El papel de la unión Holliday se resuelve en la reparación del daño espontáneo e inducido del ADN". Investigación de ácidos nucleicos . 39 (16): 7009–19. doi : 10.1093/nar/gkr277. PMC 3167605 . PMID  21609961. 
  6. ^ ab Górecka KM, Komorowska W, Nowotny M (noviembre de 2013). "Estructura cristalina de la resolvasa RuvC en complejo con el sustrato de unión Holliday". Investigación de ácidos nucleicos . 41 (21): 9945–55. doi : 10.1093/nar/gkt769. PMC 3834835 . PMID  23980027. 
  7. ^ Lilley DM (abril de 2017). "Estructuras y mecanismos de enzimas que resuelven uniones de Holiday" (PDF) . Cartas FEBS . 591 (8): 1073–1082. doi : 10.1002/1873-3468.12529 . PMID  27990631.
  8. ^ Komori K, Sakae S, Shinagawa H, Morikawa K, Ishino Y (agosto de 1999). "Una resolvasa de unión Holliday de Pyrococcus furiosus: similitud funcional con Escherichia coli RuvC proporciona evidencia del mecanismo conservado de recombinación homóloga en bacterias, Eukarya y Archaea". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 96 (16): 8873–8. Código bibliográfico : 1999PNAS...96.8873K. doi : 10.1073/pnas.96.16.8873 . PMC 17700 . PMID  10430863. 
  9. ^ Rass U, Compton SA, Matos J, Singleton MR, Ip SC, Blanco MG, Griffith JD, West SC (julio de 2010). "Mecanismo de resolución de la unión Holliday por la proteína GEN1 humana". Genes y desarrollo . 24 (14): 1559–69. doi :10.1101/gad.585310. PMC 2904945 . PMID  20634321. 
  10. ^ Hadden JM, Déclais AC, Carr SB, Lilley DM, Phillips SE (octubre de 2007). "La base estructural de la resolución de la unión Holliday mediante la endonucleasa I T7". Naturaleza . 449 (7162): 621–4. Código Bib :2007Natur.449..621H. doi : 10.1038/naturaleza06158. PMID  17873858. S2CID  4403846.
  11. ^ Shah Punatar R, Martin MJ, Wyatt HD, Chan YW, West SC (enero de 2017). "Resolución de intermedios de recombinación de unión Holliday simple y doble por GEN1". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 114 (3): 443–450. doi : 10.1073/pnas.1619790114 . PMC 5255610 . PMID  28049850. 
  12. ^ Zhou R, Yang O, Déclais AC, Jin H, Gwon GH, Freeman AD, Cho Y, Lilley DM, Ha T (marzo de 2019). "Las enzimas que resuelven uniones utilizan la multivalencia para mantener dinámica la unión de Holliday". Biología Química de la Naturaleza . 15 (3): 269–275. doi :10.1038/s41589-018-0209-y. PMC 6377835 . PMID  30664685. 
  13. ^ ab West SC (junio de 2009). "La búsqueda de una resolución de unión de Holliday humana". Transacciones de la sociedad bioquímica . 37 (parte 3): 519–26. doi :10.1042/BST0370519. PMC 4120095 . PMID  19442245. 
  14. ^ Karow JK, Constantinou A, Li JL, West SC, Hickson ID (junio de 2000). "El producto del gen del síndrome de Bloom promueve la migración de ramas de los cruces navideños". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 97 (12): 6504–8. Código Bib : 2000PNAS...97.6504K. doi : 10.1073/pnas.100448097 . PMC 18638 . PMID  10823897. 
  15. ^ Xia J, Chen LT, Mei Q, Ma CH, Halliday JA, Lin HY, Magnan D, Pribis JP, Fitzgerald DM, Hamilton HM, Richters M, Nehring RB, Shen X, Li L, Bates D, Hastings PJ, Herman C, Jayaram M, Rosenberg SM (noviembre de 2016). "La trampa de unión de Holliday muestra cómo las células utilizan la recombinación y la función guardiana de la unión de la helicasa RecQ". Avances científicos . 2 (11): e1601605. Código Bib : 2016SciA....2E1605X. doi :10.1126/sciadv.1601605. PMC 5222578 . PMID  28090586. 

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