En la reparación del ADN , el regulón Ada es un conjunto de genes cuya expresión es esencial para la respuesta adaptativa (también conocida como "respuesta Ada", de ahí el nombre), que se desencadena en las células procariotas por la exposición a dosis subletales de agentes alquilantes . Esto permite que las células toleren los efectos de dichos agentes, que de otro modo serían tóxicos y mutagénicos.
La respuesta de Ada incluye la expresión de cuatro genes: ada, alkA, alkB y aidB . El producto del gen ada , la proteína Ada, es un activador de la transcripción de los cuatro genes. Las bases de ADN dañadas por la alquilación se eliminan mediante distintas estrategias.
Los agentes alquilantes pertenecen a un grupo de mutágenos y carcinógenos que modifican el ADN mediante alquilación . Las lesiones de bases de alquilo pueden detener la replicación, interrumpir la transcripción o indicar la activación de los puntos de control del ciclo celular o la apoptosis . En los mamíferos, podrían estar involucrados en la carcinogénesis , las enfermedades neurodegenerativas y el envejecimiento. Los agentes alquilantes pueden introducir grupos metilo o etilo en todos los átomos de nitrógeno y oxígeno disponibles en las bases del ADN, lo que produce una serie de lesiones.
La mayoría de la evidencia indica que entre las 11 modificaciones de bases identificadas, dos, la 3-metiladenina (3meA) y la O 6 -metilguanina (O 6 -meG), son las principales responsables de los efectos biológicos de los agentes de alquilación. [1]
La proteína Ada se compone de dos dominios principales, un dominio C-terminal y uno N-terminal, unidos por una región bisagra susceptible a la escisión proteolítica. Estos dominios pueden funcionar de forma independiente. AdaCTD transfiere aductos de metilo de O 6 -meG y O 4 -meG a su residuo Cys-321, mientras que AdaNTD desmetila los metilfosfotriésteres mediante transferencia de metilo a su residuo Cys-38. [2] [3] [4]
El gen alkA codifica una glicosilasa que repara diversas lesiones, entre ellas la N-7-metilguanina , la N-3-metilpurina y las O2 - metilpirimidinas. [2] La proteína AlkA elimina una base dañada de la cadena principal de azúcar-fosfato cortando el enlace glicosílico que une la base al azúcar, lo que produce un sitio abásico. El procesamiento posterior del sitio abásico por parte de las endonucleasas AP, la polimerasa I y la ligasa completa la reparación. [5]
AlkB , una de las proteínas de respuesta adaptativa de Escherichia coli , utiliza un mecanismo dependiente de α-cetoglutarato/Fe(II) que, mediante oxidación química, elimina una variedad de lesiones alquílicas del ADN, brindando así protección al genoma contra la alquilación. [6]
Se ha supuesto que la proteína AidB participa en la degradación de agentes alquilantes endógenos. [7] [8] Muestra cierta homología con las acil-CoA oxidasas y las que contienen flavinas . [7] Observaciones recientes sugieren que AidB puede unirse al ADN bicatenario y participar en su desalquilación. [8] Sin embargo, para determinar la función precisa de AidB son necesarias más investigaciones.
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La respuesta de Ada incluye la expresión de cuatro genes: ada , alkA , alkB y aidB . El producto del gen ada , la proteína Ada , es un activador de la transcripción de los cuatro genes.
Ada tiene dos residuos de cisteína aceptores de metilo activos que son necesarios para la desmetilación del ADN. Ambos sitios pueden metilarse cuando la proteína Ada transfiere el grupo metilo de las lesiones de ADN apropiadas a sí misma. Esta reacción es irreversible y la Ada metilada (me-Ada) puede actuar como activador transcripcional.
La proteína Ada activa la transcripción del regulón Ada de dos formas diferentes. En el caso del operón ada - alkB y del promotor aidB , el dominio N-terminal (AdaNTD) está involucrado en la unión al ADN e interactúa con la unidad a de la ARN polimerasa, mientras que el dominio C-terminal metilado (me-AdaCTD) interactúa con la subunidad σ70 de la ARN polimerasa. Aunque estas interacciones son independientes, ambas son necesarias para la activación de la transcripción.
Para la activación del gen alkA , AdaNTD interactúa con las subunidades α y σ de la ARN polimerasa y activa la transcripción. A diferencia de los promotores ada y aidB , la forma no metilada de la proteína Ada , así como la forma metilada de AdaNTD, pueden activar la transcripción en alkA .
La Ada metilada puede activar la transcripción por σ S así como por σ 70 tanto en los promotores ada como aidB . [9] [10] Por el contrario, la me-Ada no solo no estimula la transcripción de alkA por σ S , sino que afecta negativamente la transcripción dependiente de σ S.
Las concentraciones intracelulares de σ S aumentan cuando las células alcanzan la fase estacionaria ; esto a su vez da como resultado una disminución mediada por me-Ada en la expresión de AlkA . Por lo tanto, un aumento en la expresión de los genes de respuesta adaptativa, en paralelo con la expresión de genes que producen alquilantes endógenos durante la fase estacionaria, previene el daño por alquilación al ADN y la mutagénesis .
En las células humanas, la actividad de la alquiltransferasa es producto del gen MGMT . [11] [12] La proteína MGMT de 21,7 kDa está formada por secuencias de aminoácidos muy similares a las de las alquiltransferasas de E. coli , como Ada . A diferencia de las enzimas bacterianas, repara principalmente O 6 meG, mientras que la eliminación del aducto de alquilo de O 4 meT es mucho más lenta y significativamente menos eficaz. [13] [14] La reparación preferencial de O 6 meG es rentable para las células eucariotas, ya que en animales de experimentación tratados con carcinógenos alquilantes, esta lesión está implicada en la estimulación tumoral.
A diferencia de las metiltransferasas Ada y MGMT humanas , AlkB y sus homólogos humanos hABH2 y hABH3 no solo revierten el daño de la base de alquilación directamente, sino que lo hacen catalíticamente y con una especificidad de sustrato dirigida a la interfaz de apareamiento de bases de los pares de bases G:C y A:T. [15] [16] [17] Las estructuras cristalinas de AlkB y su homólogo humano hABH3 han mostrado pliegues generales similares, lo que resalta los dominios funcionales conservados. [18]