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Helicasa RecQ

La helicasa RecQ es una familia de enzimas helicasas que se encontraron inicialmente en Escherichia coli [1] y que se ha demostrado que son importantes en el mantenimiento del genoma. [2] [3] [4] Funcionan catalizando la reacción ATP + H 2 O → ADP + P y, por lo tanto, impulsan el desenrollamiento del ADN emparejado y su translocación en la dirección 3' a 5'. Estas enzimas también pueden impulsar la reacción NTP + H 2 O → NDP + P para impulsar el desenrollado del ADN o del ARN .

Función

En procariotas, RecQ es necesario para la recombinación de plásmidos y la reparación del ADN a partir de luz ultravioleta, radicales libres y agentes alquilantes. Esta proteína también puede revertir el daño causado por errores de replicación. En eucariotas, la replicación no se produce normalmente en ausencia de proteínas RecQ, que también participan en el envejecimiento, el silenciamiento, la recombinación y la reparación del ADN.

Estructura

Los miembros de la familia RecQ comparten tres regiones de secuencia de proteínas conservadas denominadas:

La eliminación de los residuos N-terminales (dominios Helicasa y RecQ-Ct) perjudica tanto la actividad de la helicasa como la ATPasa, pero no tiene ningún efecto sobre la capacidad de unión de RecQ, lo que implica que el extremo N funciona como el extremo catalítico. Los truncamientos del extremo C (dominio HRDC) comprometen la capacidad de unión de RecQ pero no la función catalítica. La importancia de RecQ en las funciones celulares se ejemplifica en las enfermedades humanas, que conducen a inestabilidad genómica y predisposición al cáncer.

Significación clínica

Hay al menos cinco genes RecQ humanos; y las mutaciones en tres genes RecQ humanos están implicadas en enfermedades humanas hereditarias: el gen WRN en el síndrome de Werner (WS), el gen BLM en el síndrome de Bloom (BS) y RECQL4 en el síndrome de Rothmund-Thomson . [5] Estos síndromes se caracterizan por el envejecimiento prematuro y pueden dar lugar a enfermedades como cáncer , diabetes tipo 2 , osteoporosis y aterosclerosis , que se encuentran comúnmente en la vejez. Estas enfermedades se asocian con una alta incidencia de anomalías cromosómicas, incluidas roturas cromosómicas, reordenamientos complejos, deleciones y translocaciones, mutaciones específicas de sitio y, en particular, intercambios de cromátidas hermanas (más comunes en la SB) que se cree que son causados ​​por un alto nivel de anomalías cromosómicas. recombinación.

Mecanismo

El correcto funcionamiento de las helicasas RecQ requiere la interacción específica con la topoisomerasa III (Top 3). Top 3 cambia el estado topológico del ADN al unir y escindir el ADN monocatenario y pasar un segmento de ADN monocatenario o bicatenario a través de la rotura transitoria y finalmente volver a ligar la rotura. La interacción de la helicasa RecQ con la topoisomerasa III en la región N-terminal está implicada en la supresión de la recombinación espontánea e inducida por daño y la ausencia de esta interacción da como resultado un fenotipo letal o muy grave. La imagen emergente es claramente que las helicasas RecQ junto con las 3 principales están involucradas en el mantenimiento de la estabilidad e integridad genómica mediante el control de eventos de recombinación y la reparación del daño del ADN en la fase G2 del ciclo celular. La importancia de RecQ para la integridad genómica se ejemplifica en las enfermedades que surgen como consecuencia de mutaciones o mal funcionamiento en las helicasas RecQ; por lo tanto, es crucial que RecQ esté presente y sea funcional para garantizar el crecimiento y desarrollo humanos adecuados.

helicasa WRN

La helicasa dependiente de ATP del síndrome de Werner (helicasa WRN) es inusual entre las helicasas de la familia de ADN RecQ por tener una actividad exonucleasa adicional . WRN interactúa con DNA-PKcs y el complejo de proteínas Ku . Esta observación, combinada con la evidencia de que las células deficientes en WRN producen deleciones extensas en los sitios de unión de extremos de ADN no homólogos, sugiere un papel de la proteína WRN en el proceso de reparación del ADN de unión de extremos no homólogos (NHEJ). [6] WRN también interactúa físicamente con el principal factor NHEJ X4L4 ( XRCC4 - complejo ADN ligasa 4 ). [7] X4L4 estimula la actividad exonucleasa WRN que probablemente facilita el procesamiento final del ADN antes de la ligadura final por parte de X4L4. [7]

WRN también parece desempeñar un papel en la resolución de estructuras intermedias de recombinación durante la reparación recombinante homóloga (HRR) de roturas de doble cadena de ADN. [6]

WRN participa en un complejo con las proteínas RAD51 , RAD54, RAD54B y ATR para llevar a cabo el paso de recombinación durante la reparación del entrecruzamiento del ADN entre cadenas . [8]

Se presentaron pruebas de que la WRN desempeña un papel directo en la reparación del daño del ADN inducido por la metilación . El proceso probablemente involucra las actividades helicasa y exonucleasa de WRN que operan junto con la ADN polimerasa beta en la reparación por escisión de bases de parches largos . [9]

Se descubrió que WRN tiene un papel específico en la prevención o reparación de daños en el ADN resultantes del estrés oxidativo crónico , particularmente en células que se replican lentamente. [10] Este hallazgo sugirió que WRN puede ser importante para tratar los daños oxidativos del ADN que subyacen al envejecimiento normal [10] (ver Teoría del envejecimiento del daño al ADN ).

helicasa BLM

Las células de humanos con síndrome de Bloom son sensibles a agentes que dañan el ADN, como los rayos UV y el metanosulfonato de metilo [11], lo que indica una capacidad deficiente de reparación del ADN .

La levadura en ciernes Saccharomyces cerevisiae codifica un ortólogo de la proteína del síndrome de Bloom (BLM) que se denomina Sgs1 (Pequeño supresor del crecimiento 1). Sgs1 (BLM) es una helicasa que funciona en la reparación recombinacional homóloga de roturas de doble cadena de ADN. La helicasa Sgs1 (BLM) parece ser un regulador central de la mayoría de los eventos de recombinación que ocurren durante la meiosis de S. cerevisiae . [12] Durante la meiosis normal, Sgs1 (BLM) es responsable de dirigir la recombinación hacia la formación alternativa de moléculas de unión de unión Holliday tempranas que no se cruzan , y estas últimas se resuelven posteriormente como cruces . [12]

En la planta Arabidopsis thaliana , los homólogos de la helicasa Sgs1 (BLM) actúan como barreras importantes para la formación de cruces meióticos. [13] Se cree que estas helicasas desplazan la hebra invasora permitiendo su hibridación con el otro extremo saliente 3' de la rotura de la doble hebra, lo que lleva a la formación recombinante sin cruce mediante un proceso llamado hibridación de hebras dependiente de la síntesis (SDSA) (ver Artículo de Wikipedia “ Recombinación genética ”). Se estima que sólo alrededor del 5% de las roturas de doble cadena se reparan mediante recombinación cruzada. Sequela-Arnaud et al. [13] sugirieron que el número de cruces está restringido debido a los costos a largo plazo de la recombinación cruzada, es decir, la ruptura de combinaciones genéticas favorables de alelos acumuladas por la selección natural pasada .

Helicasa RECQL4

En los seres humanos, las personas con síndrome de Rothmund-Thomson y portadoras de la mutación de la línea germinal RECQL4 tienen varias características clínicas de envejecimiento acelerado . Estas características incluyen cambios atróficos en la piel y en la pigmentación, alopecia , osteopenia , cataratas y una mayor incidencia de cáncer . [14] Los ratones mutantes RECQL4 también muestran características de envejecimiento acelerado. [15]

RECQL4 tiene un papel crucial en la resección del extremo del ADN , que es el paso inicial necesario para la reparación de roturas de doble cadena dependiente de la recombinación homóloga (HR). [16] Cuando se agota RECQL4, la reparación mediada por HR y la resección del extremo 5' se reducen gravemente in vivo . RECQL4 también parece ser necesario para otras formas de reparación del ADN, incluida la unión de extremos no homólogos , la reparación por escisión de nucleótidos y la reparación por escisión de bases . [14] La asociación de la reparación deficiente del ADN mediada por RECQL4 con el envejecimiento acelerado es consistente con la teoría del envejecimiento del daño al ADN .

Ver también

Referencias

  1. ^ Bernstein DA, Keck JL (junio de 2003). "El mapeo de dominio de Escherichia coli RecQ define las funciones de las regiones N y C-terminales conservadas en la familia RecQ". Ácidos nucleicos Res . 31 (11): 2778–85. doi : 10.1093/nar/gkg376. PMC  156711 . PMID  12771204.
  2. ^ Cobb JA, Bjergbaek L, Gasser SM (octubre de 2002). "Helicasas RecQ: en el corazón de la estabilidad genética". FEBS Lett . 529 (1): 43–8. doi : 10.1016/S0014-5793(02)03269-6 . PMID  12354611. S2CID  19451131.
  3. ^ Kaneko H, Fukao T, Kondo N (2004). "La función de la familia de genes RecQ helicasa (especialmente BLM) en la recombinación y unión del ADN". Adv. Biofísica . 38 : 45–64. doi :10.1016/S0065-227X(04)80061-3. PMID  15493327.
  4. ^ Ouyang KJ, Woo LL, Ellis NA (2008). "Recombinación homóloga y mantenimiento de la integridad del genoma: cáncer y envejecimiento a través del prisma de las helicasas RecQ humanas". Mec. Desarrollador de envejecimiento . 129 (7–8): 425–40. doi :10.1016/j.mad.2008.03.003. PMID  18430459. S2CID  6804631.
  5. ^ Hanada K, identificación de Hickson (septiembre de 2007). "Genética molecular de los trastornos de la helicasa RecQ". Celúla. Mol. Ciencias de la vida . 64 (17): 2306–22. doi :10.1007/s00018-007-7121-z. PMC 11136437 . PMID  17571213. S2CID  29287970. 
  6. ^ ab Thompson LH, Schild D (2002). "Reparación recombinacional del ADN y enfermedades humanas". Mutación. Res . 509 (1–2): 49–78. doi :10.1016/s0027-5107(02)00224-5. PMID  12427531.
  7. ^ ab Kusumoto R, Dawut L, Marchetti C, Wan Lee J, Vindigni A, Ramsden D, Bohr VA (2008). "La proteína Werner coopera con el complejo XRCC4-ADN ligasa IV en el procesamiento final". Bioquímica . 47 (28): 7548–56. doi :10.1021/bi702325t. PMC 2572716 . PMID  18558713. 
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  9. ^ Harrigan JA, Wilson DM, Prasad R, Opresko PL, Beck G, May A, Wilson SH, Bohr VA (2006). "La proteína del síndrome de Werner opera en la reparación por escisión de bases y coopera con la ADN polimerasa beta". Ácidos nucleicos Res . 34 (2): 745–54. doi : 10.1093/nar/gkj475. PMC 1356534 . PMID  16449207. 
  10. ^ ab Szekely AM, Bleichert F, Nümann A, Van Komen S, Manasanch E, Ben Nasr A, Canaan A, Weissman SM (2005). "La proteína Werner protege las células no proliferativas del daño oxidativo del ADN". Mol. Celúla. Biol . 25 (23): 10492–506. doi :10.1128/MCB.25.23.10492-10506.2005. PMC 1291253 . PMID  16287861. 
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  12. ^ ab De Muyt A, Jessop L, Kolar E, Sourirajan A, Chen J, Dayani Y, Lichten M (2012). "El ortólogo de helicasa BLM Sgs1 es un regulador central del metabolismo intermedio de la recombinación meiótica". Mol. Celúla . 46 (1): 43–53. doi :10.1016/j.molcel.2012.02.020. PMC 3328772 . PMID  22500736. 
  13. ^ ab Séguéla-Arnaud M, Crismani W, Larchevêque C, Mazel J, Froger N, Choinard S, Lemhemdi A, Macaisne N, Van Leene J, Gevaert K, De Jaeger G, Chelysheva L, Mercier R (2015). "Múltiples mecanismos limitan los cruces meióticos: TOP3α y dos homólogos de BLM antagonizan los cruces en paralelo a FANCM". Proc. Nacional. Acad. Ciencia. EE.UU . 112 (15): 4713–8. Código Bib : 2015PNAS..112.4713S. doi : 10.1073/pnas.1423107112 . PMC 4403193 . PMID  25825745. 
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  15. ^ Lu H, Fang EF, Sykora P, Kulikowicz T, Zhang Y, Becker KG, Croteau DL, Bohr VA (2014). "La senescencia inducida por la disfunción RECQL4 contribuye a las características del síndrome de Rothmund-Thomson en ratones". Enfermedad por muerte celular . 5 (5): e1226. doi :10.1038/cddis.2014.168. PMC 4047874 . PMID  24832598. 
  16. ^ Lu H, Shamanna RA, Keijzers G, Anand R, Rasmussen LJ, Cejka P, Croteau DL, Bohr VA (2016). "RECQL4 promueve la resección de los extremos del ADN en la reparación de roturas de doble cadena de ADN". Representante celular . 16 (1): 161–73. doi :10.1016/j.celrep.2016.05.079. PMC 5576896 . PMID  27320928. 

Otras lecturas

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