RecA

RecA
Estrutura cristalina do complexo RecA-ADN. 3cmt .[1]
Identificadores
SímboloRecA
PfamPF00154
Pfam clanCL0023
InterProIPR013765
PROSITEPDOC00131
SCOPe2reb / SUPFAM

A RecA é unha proteína de 38 quilodaltons esencial para a reparación e mantemento do ADN, que se encontra en bacterias e ten homólogos en eucariotas e arqueas.[2] Un homólogo estrutural e funcional de RecA foi atopado en todas as especies nas que foi seriamente buscado, polo que serve como arquetipo desa clase de proteínas homólogas de reparación do ADN. As proteínas homólogas chámanse RAD51 en eucariotas e RadA en arqueas.

A RecA ten moitas actividades, todas relacionadas coa reparación do ADN. Na resposta SOS bacteriana ten unha función coprotease [3] na clivaxe autocatalítica dos represores LexA e λ.[4]

A asociación de RecA co ADN está baseada no seu papel central na recombinación homóloga. A proteína RecA únese firmemente e en grandes grupos ao ADN de febra simple para formar un filamento nucleoproteico. A proteína ten máis dun sitio de unión ao ADN, e así pode manter xuntas unha febra simple e as febras dobres do ADN. Esta característica fai posible que catalice unha reacción de sinapse do ADN entre a dobre hélice do ADN e unha rexión complementaria de ADN de febra simple. O filamento RecA-ADN de febra simple fai unha busca por similitude de secuencia ao longo do ADN de febra dobre. O proceso de busca destas secuencias induce o estiramento do dúplex de ADN, o cal mellora o recoñecemento de secuencias (un mecanismo denominado corrección de probas conformacional [5] [6]). A reacción inicia o intercambio de febras entre dúas dobres hélices de ADN en recombinación. Despois do evento da sinapse, na rexión heterodúplex empeza un proceso chamado migración da rama. Na migración da rama unha rexión non apareada dunha das febras simples despraza unha rexión apareada da outra febra simple, movendo o punto de ramificación sen cambiar o número total de pares de bases. A migración da rama espontánea pode producirse, pero como xeralmente esta avanza igualmente en ambas as direccións é improbable que complete a recombinación eficientemente. A proteína RecA cataliza a migración da rama unidireccional e ao facelo pode completar a recombinación, producindo unha rexión do ADN heterodúplex que ten unha lonxitude de miles de pares de bases.

Como a RecA é unha ATPase dependente do ADN, contén un sitio adicional para a unión e hidrólise do ATP. A RecA asóciase máis estreitamente co ADN cando está unida ao ATP que cando está unida ao ADP.

As cepas de E. coli deficientes en RecA son útiles para os procesos de clonación en laboratorios de bioloxía molecular. As cepas de E. coli son con frecuencia modificadas xeneticamente para conter un alelo recA mutante e, por tanto, asegura a estabilidade de segmentos extracromosómicos do ADN, chamados plásmidos. Nun proceso chamado transformación, o ADN dos plásmidos é captado polas bacterias baixo diversas condicións. As bacterias que conteñen plásmidos exóxenos chámanse "transformantes". Os transformantes reteñen o plásmido nas células fillas ao realizaren divisións celulares, polo que este pode ser recuperado e utilizado noutras aplicacións. Sen unha proteína RecA funcional, o ADN do plásmido exóxeno queda inalterado nas bacterias. A purificación deste plásmido de cultivos bacterianos pode despois permitir unha amplificación por PCR de alta fidelidade da secuencia do plásmido orixinal.

Potencial como diana de drogas

[editar | editar a fonte]

Wigle e Singleton na Universidade de Carolina do Norte observaron que as pequenas moléclas que interfiren coa función de RecA na célula pode ser útil na creación de novos antibióticos.[7] Como moitos antibióticos orixinan danos no ADN, e todas as bacterias depende de RecA para reparar os danos, os inhibidores de RecA poderían ser utilizados para potenciar a toxicidade de antibióticos. Adicionalmente, as actividades de RecA son sinónimas de desenvolvemento de resistencia a antibióticos, e os inhibidores de RecA poden tamén servir para atrasar ou previr a aparición de resistencia bacteriana aos fármacos.

Papel de RecA na transformación natural

[editar | editar a fonte]

Baseándose na análise das propiedades moleculares do sistema de RecA, o científico M. Cox[8] concluíu que os datos “proporcionan evidencias contundentes de que a misión primaria da proteína RecA é a reparación do ADN.” Nun ensaio posterior sobre a función da proteína RecA, Cox[9] resumiu os datos demostrando que a “proteína RecA evolucionou como un compoñente central do sistema de reparación do ADN recombinacional, coa xeración de diversidade xenética como un subproduto ás veces útil.”

A transformación bacteriana natural implica a transferencia de ADN desde unha bacteria a outra (normalmente da mesma especie) e a integración do ADN doante no cromosoma receptor por recombinación homóloga, un proceso mediado pola proteína RecA (ver Transformación xenética). A transformación, na cal a RecA xoga un papel central, depende da expresión de numerosos produtos xénicos adicionais (por exemplo, uns 40 produtos xénicos en Bacillus subtilis), que interaccionan especificamente para levar a cabo este proceso indicando que é unha adaptación que evolucionou para a transferencia de ADN. En B. subtilis a lonxitude do ADN transferido pode ser desde o tamaño dun terzo de cromosoma ata un cromosoma completo.[10][11] Para que unha bacteria se una, capte e recombine ADN exóxeno no seu cromosoma, debe primeiro entrar nun estado fisiolóxico especial chamado “competencia” (competencia natural). A transformación é algo común no mundo procariota, e ata agora coñécense 67 especies que son competentes para a transformación.[12]

Un dos sistemas de transformación mellor estudados é o de B. subtilis. Nesta bacteria, a proteína RecA interacciona co ADN monocatenario entrante para formar estruturas filamentosas de notable tamaño.[13] Estes filamentos RecA/ADN monocatenario emanan do polo da célula contendo a maquinaria da competencia e estendéndose no citosol. As febras filamentosas de RecA/ADN monocatenario considérase que son nucleofilamentos dinámicos que escanean o cromosoma residente para procurar rexións de homoloxía. Este proceso leva o ADN entrante ao sitio correspondente no cromosoma de B. subtilis, onde ocorre o intercambio de información.

Michod et al.[14] revisaron as probas de que a transformación mediada por RecA é unha adaptación para a reparación dos danos no ADN por recombinación homóloga en B. subtilis, e tamén noutras especies de bacterias (é dicir, Neisseria gonorrhoeae, Haemophilus influenzae, Streptococcus pneumoniae, Streptococcus mutans e Helicobacter pylori). Neste caso das especies patóxenas que infectan a humanos, propúxose que a reparación de danos no ADN mediada por RecA pode supoñer un beneficio substancial cando estas bacterias son atacadas polas defensas oxidativas do hóspede.

Notas

[editar | editar a fonte]
  1. ↑ Chen, Z.; Yang, H.; Pavletich, N. P. (2008). "Mechanism of homologous recombination from the RecA–ssDNA/dsDNA structures". Nature 453 (7194): 489–484. PMID 18497818. doi:10.1038/nature06971. 
  2. ↑ Horii T.; Ogawa T. & Ogawa H. (1980). "Organization of the recA gene of Escherichia coli.". Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 77 (1): 313–317. PMC 348260. PMID 6244554. doi:10.1073/pnas.77.1.313. 
  3. ↑ Horii T.; Ogawa T.; Nakatani T.; Hase T.; Matsubara H. & Ogawa H. (1981). "Regulation of SOS functions: Purification of E. coli LexA protein and determination of its specific site cleaved by the RecA protein.". Cell 27 (3): 515–522. PMID 6101204. doi:10.1016/0092-8674(81)90393-7. 
  4. ↑ Little JW (1984). "Autodigestion of lexA and phage lambda repressors". Proc Natl Acad Sci USA 81 (5): 1375–1379. PMC 344836. PMID 6231641. doi:10.1073/pnas.81.5.1375. 
  5. ↑ Savir Y & Tlusty T (2010). "RecA-mediated homology search as a nearly optimal signal detection system". Molecular Cell 40 (3): 388–96. PMID 21070965. doi:10.1016/j.molcel.2010.10.020. 
  6. ↑ De Vlaminck I, van Loenhout MT, Zweifel L, den Blanken J, Hooning K, Hage S, Kerssemakers J, Dekker C (2012). "Mechanism of Homology Recognition in DNA Recombination from Dual-Molecule Experiments". Molecular Cell 46 (5): 616–624. PMID 22560720. doi:10.1016/j.molcel.2012.03.029. 
  7. ↑ Wigle TJ, Singleton SF (June 2007). "Directed molecular screening for RecA ATPase inhibitors". Bioorg. Med. Chem. Lett. 17 (12): 3249–53. PMC 1933586. PMID 17499507. doi:10.1016/j.bmcl.2007.04.013. 
  8. ↑ Cox MM (June 1991). "The RecA protein as a recombinational repair system". Mol. Microbiol. 5 (6): 1295–9. PMID 1787786. doi:10.1111/j.1365-2958.1991.tb00775.x. 
  9. ↑ Cox MM (September 1993). "Relating biochemistry to biology: how the recombinational repair function of RecA protein is manifested in its molecular properties". BioEssays 15 (9): 617–23. PMID 8240315. doi:10.1002/bies.950150908. 
  10. ↑ Akamatsu T, Taguchi H (April 2001). "Incorporation of the whole chromosomal DNA in protoplast lysates into competent cells of Bacillus subtilis". Biosci. Biotechnol. Biochem. 65 (4): 823–9. PMID 11388459. doi:10.1271/bbb.65.823. 
  11. ↑ Saito Y, Taguchi H, Akamatsu T (March 2006). "Fate of transforming bacterial genome following incorporation into competent cells of Bacillus subtilis: a continuous length of incorporated DNA". J. Biosci. Bioeng. 101 (3): 257–62. PMID 16716928. doi:10.1263/jbb.101.257. 
  12. ↑ Johnsborg O, Eldholm V, Håvarstein LS (December 2007). "Natural genetic transformation: prevalence, mechanisms and function". Res. Microbiol. 158 (10): 767–78. PMID 17997281. doi:10.1016/j.resmic.2007.09.004. 
  13. ↑ Kidane D, Graumann PL (July 2005). "Intracellular protein and DNA dynamics in competent Bacillus subtilis cells". Cell 122 (1): 73–84. PMID 16009134. doi:10.1016/j.cell.2005.04.036. 
  14. ↑ Michod RE, Bernstein H, Nedelcu AM (May 2008). "Adaptive value of sex in microbial pathogens". Infect. Genet. Evol. 8 (3): 267–85. PMID 18295550. doi:10.1016/j.meegid.2008.01.002. 
  • Joo C, McKinney SA, Nakamura M, Rasnik I, Myong S, Ha T (August 2006). "Real-time observation of RecA filament dynamics with single monomer resolution". Cell 126 (3): 515–27. PMID 16901785. doi:10.1016/j.cell.2006.06.042.