16.5 Los sistemas de reparación por escisión de base requieren glucosilasas PDF

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Traducción a cargo del Dr. Victor Vega Villa del libro GENES IX
(Krebs JE. GENES XI. 11th ed. Burlington, MA, US.: Jones & Bartlett Learning; 2013.)...

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Los sistemas de reparación por escisión de base requieren glucosilasas Conceptos clave      

La reparación por escisión de bases es activada por la eliminación directa de una base dañada del ADN. La eliminación de base activa la eliminación y reemplazo de un tramo de polinucleótidos. La naturaleza de la reacción de eliminación determina cuál de las dos rutas para la reparación por escisión de base es activada. La ruta pol δ/ε reemplaza un tramo largo de polinucleótidos; la ruta polβ reemplaza un tramo corto. El uracilo y las bases alquiladas son reconocidas por las glucosilasas y directamente eliminadas del ADN. Las glucosilasas y fotoliasas actúan volteando la base fuera de la doble hélice, donde, dependiendo de la reacción, ésta es eliminada o modificada y regresada a la hélice.

La reparación por escisión de base es similar a las rutas de reparación por escisión de nucleótido descritas en la sección previa. El proceso usualmente inicia de una manera diferente, sin embargo, esto sirve como una señal que activa las enzimas que cortan y reemplazan un tramo de ADN, incluyendo el sitio dañado. Las enzimas que eliminan bases del ADN son llamadas glucosilasas y liasas. La figura 16.12 muestra que algunas glucosilasas corta el enlace entre la base dañada o no complementaria y la desoxirribosa. La figura 16.13 muestra que algunas glucosilasas son también liasas que pueden llevar la reacción a una etapa posterior usando un grupo amino (NH2) para atacar el anillo desoxirribosa. Esto es seguido usualmente por una reacción que introduce un corte en la cadena polinucleótida. La figura 16.14 muestra que la forma exacta de la ruta depende de si la base dañada es eliminada por una glucosilasas y liasa. La acción de la glucosilasas es seguida por la endonucleasa APE1, la cual corta la cadena polinucleótida en el extremo 5’. Esto en cambio a través un complejo de replicación huyendo la ADN polimerasa δ/ε y componentes auxiliares, los cuales realizan una reacción de síntesis corta extendiendo de dos a 10 nucleótidos. El material desplazado es eliminado por la endonucleasa FEN1. La enzima ligasa-1 sella la cadena. Esto es llamado la ruta de parche largo. (Nótese que estos nombres se refieren a las enzimas de mamíferos, pero las descripciones son generalmente aplicables para todos los eucariotas). Cuando la eliminación inicial involucra la acción de liasa, la endonucleasa APE1 recluta la ADN polimerasa β para reemplazar un sólo nucleótido. El corte es después sellado por la ligasa XRCC1/ligasa-3. Esta es llamada la ruta de parche corto. Varias enzimas que eliminan o modifican bases individuales en el ADN usan una reacción importante en la cual una base es “volteada” fuera de la doble hélice. Este tipo de interacción fue demostrada primero para metiltransferasas – son enzimas que agregan un grupo metilo a la citosina en el ADN. Este mecanismo de voltear la base pone la base directamente en el sitio activo de la enzima, donde ésta puede ser modificada y regresada a su posición normal en la hélice, o, en

el caso de daño al ADN, ésta puede ser eliminada inmediatamente. Las bases alquiladas (en las cuales típicamente un grupo metilo ha sido relegado a la base) son eliminadas por este mecanismo. Una enzima humana, la alquilo adenina ADN glucosilasa (AAG), reconoce y elimina una variedad de sustratos alquilados, incluyendo 3-metil adenina, 7-metil guanina, e hipoxantina. La figura 16.15 muestra la estructura de AAG unida a una adenina metilada, en la cual la adenina es volteada hacia afuera y unidad al sitio activo de la glucosilasa. Contrario a este mecanismo, una 1-metil adenina es corregida por una enzima que usa un mecanismo de oxigenación (codificado en E. coli por el gen alkB, el cual tiene homólogos en varios eucariotas, incluyendo tres genes humanos). El grupo metilo es oxidado a un grupo CH2OH, y después la liberación de la fracción HCHO (la forma aldehído) restaura la estructura de la adenina. Un descubrimiento muy interesante es que la enzima bacteriana, y una de las enzimas humanas, puede también reparar la misma base dañada en el ARN. En el caso de la enzima humana, el blanco principal puede ser ARN ribosomal. Este es el primer evento conocido de reparación con ARN como blanco. Una de las reacciones más comunes en la cual una base es eliminada directamente del ADN es catalizada por la uracil ADN glucosilasa. El uracilo solamente se presenta en el ADN típicamente debido a una desaminación (espontánea) de la citosina. Éste es reconocido y eliminado por la glucosilasa. La reacción es similar a la que se muestra en la figura 16.15: el uracilo es volteado hacia afuera de la hélice y colocado en un sitio activo de la glucosilasa. Parece que la mayoría o todas las glucosilasas y liasas (en procariotas y eucariotas) trabajan de manera similar. Otra enzima que usa la rotación de base es la fotoliasa que restablece los enlaces entre los dímeros de pirimidina (ver la figura 16.5). El dímero de pirimidina es derrotado dentro de una cavidad en la enzima. Cerca de esta cavidad está un sitio activo que contiene un donador de electrones, el cual provee los electrones para romper los enlaces. La energía para la reacción es provista por luz en el espectro visible. Mientras que la mayoría de las especies procariotas y eucariotas poseen fotoliasas, los mamíferos placentarios (pero no los marsupiales) han perdido esta actividad. La característica común de esta enzima es la rotación de la base blanco dentro de la estructura de la enzima. Trabajos recientes ha mostrado que Rad4, homóloga de la XPC de la levadura (la proteína que reconoce el daño por ultravioleta y otras lesiones durante la reparación por escisión de nucleótido), usa una variante interesante en este tema. Rad4 voltea las dos bases adenina que son complementarias a las timinas unidas en el dímero de pirimidinas, en vez de voltear el dímero de pirimidinas dañado. De hecho, se cree que la facilidad con la cual esas adeninas no apareadas son volteadas es realmente el mecanismo por el cual Rad4 detecta el daño. Así, en este caso, el blanco para la reparación subsecuente no es reconocido directamente por Rad4 en absoluto, y en cambio la proteína usa la rotación como un mecanismo indirecto para detectar la pérdida de una doble hélice de ADN con un apareamiento de bases normal. Cuando una base es eliminada del ADN, la reacción es seguida por escisión del esqueleto fosfodiéster realizada por una endonucleasa, la síntesis de ADN por una polimerasa de ADN para llenar el hueco, y el sellado por una ligasa para restaurar la integridad de una cadena polinucleótida, como se describió en las rutas de reparación por escisión de nucleótido en la sección anterior....