RecBCD

La versión actual de la página aún no ha sido revisada por colaboradores experimentados y puede diferir significativamente de la versión revisada el 24 de diciembre de 2019; las comprobaciones requieren 4 ediciones .
Desoxirribonucleasa V

Estructura cristalográfica de la enzima RecBCD. Las subunidades enzimáticas, RecB, RecC y RecD, son de color cian, verde y magenta, respectivamente, mientras que la hélice de ADN parcialmente sin torsión es de color marrón.
Identificadores
Código KF 3.1.11.5
número CAS 37350-26-8
Bases de datos de enzimas
IntEnz vista IntEnz
BRENDA entrada BRENDA
ExPASy Vista de NiceZyme
metaciclo camino metabólico
kegg entrada KEGG
PRIAM perfil
Estructuras PDB RCSB PDB PDBe PDBj PDBsum
Búsqueda
PMC artículos
PubMed artículos
NCBI Proteínas NCBI
CAS 37350-26-8

RecBCD ( exonucleasa V, RecBC-desoxirribonucleasa ) es una enzima de la bacteria Escherichia coli que inicia el proceso de recombinación homóloga durante la reparación del daño de doble y simple cadena de la molécula de ADN resultante de la radiación ionizante , errores en la proceso de replicación , errores en el trabajo de las endonucleasas , o como resultado del estrés oxidativo [1] [2] . RecBCD es tanto una helicasa que desenrolla la doble hélice del ADN como una nucleasa que la corta [3] .

RecBCD se utiliza en el método FRET de molécula única , que se utiliza para estudiar la interacción de las proteínas con el ADN [4] .

Estructura

RecBCD es un complejo proteico que consta de tres subunidades diferentes : RecB, RecC y RecD. Antes del descubrimiento del gen RecD [5] , el complejo se conocía como RecBC. Cada subunidad está codificada por un gen separado:

Gene Cadena Proteína Función
RecB β Uniprot: RecB (P08394) . 3'→5' helicasa, nucleasa
RecC γ Uniprot: RecC (P07648) . reconoce Chi-site ( punto de recombinación )
Recibido α Uniprot: RecD (P04993) . 5'→3' helicasa

Funciones

RecD y RecC son helicasas, es decir, complejos moleculares alimentados por ATP que desenrollan el ADN o, en algunos casos, el ARN , mientras que RecB también realiza la función de una nucleasa [6] . RecC, la tercera subunidad del complejo RecBCD, reconoce una secuencia específica en el ADN, a saber, el 5'-GCTGGTGG-3 ' , conocido como el sitio Chi, en el que se corta el ADN en la etapa de finalización de la recombinación. RecBCD es inusual porque sus dos helicasas se mueven a lo largo de la cadena a diferentes velocidades [7] y porque reconocen una secuencia de ADN específica (sitio Chi) [8] [9] . RecBCD se une al extremo del ADN de doble cadena y comienza a desenrollarlo, mientras que RecD se mueve del extremo 5' al extremo 3' y RecB viceversa. Durante el movimiento, detrás de RecBCD quedan dos hebras de ADN que forman un bucle, y como RecB se mueve más lentamente que RecD, el bucle de este último crece más rápido; la estructura resultante en forma de un complejo RecBCD que se mueve a lo largo de una cadena con dos bucles detrás a veces se denomina "orejas de conejo" debido a su similitud externa [10] .

Las funciones indirectas de RecBCD incluyen su papel en la activación del efector que protege el cultivo bacteriano de la infección viral. [once]

Mecanismo de acción

Durante el desenrollado del ADN, la subunidad de la nucleasa RecB puede actuar de forma diferente, dependiendo de las condiciones de reacción, en particular, dependiendo de la concentración de iones Mg 2+ y ATP. Si hay un exceso de ATP, la enzima simplemente corta la cadena que contiene el sitio Chi [12] . El desenrollamiento de la cadena continúa y se forma una cola 3' con un sitio Chi, en el que puede aterrizar la proteína RecA , lo que facilita la introducción de esta cola en el cromosoma , que será una plantilla para reparar el daño. cadena e intercambiando cadenas con ella [13] . La subunidad de reconocimiento del sitio Chi del complejo RecBCD no interactúa con otras secuencias, y la enzima pronto se descompone en subunidades, permaneciendo inactiva durante una hora o más [14] . Si hay un exceso de iones Mg 2+ , RecBCD, como endonucleasa , escinde ambas hebras de ADN, aunque el extremo 5' se escinde con menos frecuencia [15] . Cuando RecBCD encuentra el sitio Chi, el desenrollado se detiene y la degradación de la hebra 3' se ralentiza [16] . Mientras continúa desenrollando el ADN, RecBCD corta inmediatamente la hebra opuesta (es decir, el extremo 5') [17] [18] y carga la proteína RecA en el extremo 3'. Después de completar este proceso en una molécula de ADN, la enzima lo repite nuevamente, cambiando rápidamente a una nueva molécula [13] .

Aunque las reacciones no han sido verificadas por análisis de ADN en las propias células debido a su transitoriedad, los datos genéticos muestran que la primera reacción es más similar a lo que ocurre en la célula [1] . Por ejemplo, un RecBCD mutante que carece de actividad de exonucleasa determinada experimentalmente conserva una gran capacidad para escindir el sitio Chi en condiciones extracelulares [19] . El sitio Chi en una molécula de ADN en las células inhibe la actividad del sitio Chi en otra, lo que puede reflejar el desensamblaje de RecBCD dependiente de Chi, que se observa in vitro en condiciones de exceso de ATP y en presencia de una ruptura en el ADN en el región del sitio Chi [20] [21] .

En ambas condiciones de reacción, el extremo 3' permanece intacto después del sitio Chi, junto al cual la proteína RecA se carga activamente en la cadena de ADN. En algún punto indeterminado, RecBCD se rompe, aunque puede desenrollar al menos 60 mil pares de bases de ADN mientras permanece intacto. RecA inicia un intercambio de hebras de ADN con una molécula plantilla idéntica o casi idéntica; este intercambio crea una estructura conocida como D-loop . La estructura resultante de dos dúplex de ADN con cadenas cruzadas se puede resolver de dos maneras: la cadena 3' con el sitio Chi introducido en la molécula molde servirá como cebador para iniciar la síntesis de ADN , o el bucle D se escindirá. para formar la estructura Holliday . A su vez, la estructura de Holliday es resuelta por el complejo RuvABC o por la proteína RecG. Cada uno de estos eventos conduce a la aparición de un ADN completo, que se diferencia del padre por nuevas combinaciones de genes. Este proceso, conocido como recombinación homóloga , completa la reparación de la ruptura de la doble hebra [13] .

Notas

  1. ↑ 1 2 Smith GR Cómo la enzima RecBCD y Chi promueven la reparación y recombinación de roturas de ADN: la visión de un biólogo molecular.  (Inglés)  // Revisiones de microbiología y biología molecular: MMBR. - 2012. - vol. 76, núm. 2 . - Pág. 217-228. -doi : 10.1128/ MMBR.05026-11 . —PMID 22688812 .
  2. ↑ Spies M., Kowalczykowski SC Recombinación homóloga por vías RecBCD y RecF // Cromosomas bacterianos  (neopr.) / Higgins P.. - Washington, DC: ASM Press, 2003. - S. 389-403. — ISBN 1-55581-232-5 .
  3. ↑ Singleton MR , Dillingham MS , Gaudier M. , Kowalczykowski SC , Wigley DB La estructura cristalina de la enzima RecBCD revela una máquina para procesar roturas de ADN.  (Inglés)  // Naturaleza. - 2004. - vol. 432, núm. 7014 . - Pág. 187-193. -doi : 10.1038/ naturaleza02988 . —PMID 15538360 .
  4. ↑ Bianco PR , Brewer LR , Corzett M. , Balhorn R. , Yeh Y. , Kowalczykowski SC , Baskin RJ Translocación procesiva y desenrollamiento del ADN por moléculas de enzima RecBCD individuales.  (Inglés)  // Naturaleza. - 2001. - 18 de enero ( vol. 409 , no. 6818 ). - pág. 374-378 . -doi : 10.1038/ 35053131 . —PMID 11201750 .
  5. ↑ Amundsen SK , Taylor AF , Chaudhury AM , Smith GR recD: el gen de una tercera subunidad esencial de la exonucleasa V.  //  Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América. - 1986. - Agosto ( vol. 83 , no. 15 ). - Pág. 5558-5562 . -doi : 10.1073/ pnas.83.15.5558 . — PMID 3526335 .
  6. ↑ Yu M. , Souaya J. , Julin DA El dominio C-terminal de 30 kDa de la proteína RecB es fundamental para la actividad nucleasa, pero no para la actividad helicasa, de la enzima RecBCD de Escherichia coli.  (inglés)  // Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América. - 1998. - 3 febrero ( vol. 95 , n. 3 ). - Pág. 981-986 . -doi : 10.1073 / pnas.95.3.981 . —PMID 9448271 .
  7. ↑ Taylor AF , Smith GR La enzima RecBCD es una ADN helicasa con motores rápidos y lentos de polaridad opuesta.  (Inglés)  // Naturaleza. - 2003. - vol. 423, núm. 6942 . - Pág. 889-893. -doi : 10.1038/ naturaleza01674 . — PMID 12815437 .
  8. ↑ Taylor AF , Smith GR La enzima RecBCD se altera al cortar el ADN en un punto de acceso de recombinación chi.  (inglés)  // Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América. - 1992. - 15 de junio ( vol. 89 , n. 12 ). - Pág. 5226-5230 . -doi : 10.1073/ pnas.89.12.5226 . —PMID 1535156 .
  9. ↑ Amundsen SK , Taylor AF , Reddy M. , Smith GR Señalización de intersubunidades en la enzima RecBCD, una máquina de proteína compleja regulada por puntos calientes de Chi.  (Inglés)  // Genes y desarrollo. - 2007. - vol. 21, núm. 24 . - Pág. 3296-3307. -doi : 10.1101/ gad.1605807 . —PMID 18079176 .
  10. ↑ Taylor A. , ​​Smith GR Desbobinado y rebobinado del ADN por la enzima RecBC.  (Inglés)  // Celular. - 1980. - noviembre ( vol. 22 , no. 2 Pt 2 ). - Pág. 447-457 . —PMID 6256081 .
  11. ↑ Los retrones son una parte importante de la inmunidad innata de las bacterias • Elena Naimark • Noticias científicas sobre elementos • Genética, Microbiología . Consultado el 23 de noviembre de 2020. Archivado desde el original el 23 de noviembre de 2020.
  12. ↑ Taylor AF , Schultz DW , Ponticelli AS , Smith GR La enzima RecBC se corta en los sitios Chi durante el desenrollado del ADN: ubicación y orientación-dependencia del corte.  (Inglés)  // Celular. - 1985. - mayo ( vol. 41 , n. 1 ). - pág. 153-163 . —PMID 3888405 .
  13. ↑ 1 2 3 Anderson DG , Kowalczykowski SC La enzima RecBCD de translocación estimula la recombinación al dirigir la proteína RecA hacia el ssDNA de una manera regulada por chi.  (Inglés)  // Celular. - 1997. - 11 de julio ( vol. 90 , n. 1 ). - P. 77-86 . — PMID 9230304 .
  14. ↑ Taylor AF , Smith GR Regulación de la recombinación homóloga: Chi inactiva la enzima RecBCD mediante el desmontaje de las tres subunidades.  (inglés)  // Genes y desarrollo. - 1999. - 1 de abril ( vol. 13 , no. 7 ). - Pág. 890-900 . —PMID 10197988 .
  15. ↑ Dixon DA , Kowalczykowski SC El punto de acceso de recombinación chi es una secuencia reguladora que actúa atenuando la actividad nucleasa de la enzima RecBCD de E. coli.  (Inglés)  // Celular. - 1993. - 9 de abril ( vol. 73 , n. 1 ). - P. 87-96 . — PMID 8384931 .
  16. ↑ Spies M. , Amitani I. , Baskin RJ , Kowalczykowski SC La enzima RecBCD cambia las subunidades motoras principales en respuesta al reconocimiento chi.  (Inglés)  // Celular. - 2007. - vol. 131, núm. 4 . - Pág. 694-705. -doi : 10.1016 / j.cell.2007.09.023 . — PMID 18022364 .
  17. ↑ Taylor AF , Smith GR Especificidad de la hebra de mella en el ADN en los sitios Chi por la enzima RecBCD. Modulación por niveles de ATP y magnesio.  (Inglés)  // El Diario de Química Biológica. - 1995. - 13 de octubre ( vol. 270 , núm. 41 ). - Pág. 24459-24467 . —PMID 7592661 .
  18. ↑ Anderson DG , Kowalczykowski SC El punto caliente de recombinación chi es un elemento regulador que cambia la polaridad de la degradación del ADN por la enzima RecBCD.  (inglés)  // Genes y desarrollo. - 1997. - 1 de marzo ( vol. 11 , no. 5 ). - pág. 571-581 . —PMID 9119222 .
  19. ↑ Amundsen SK , Smith GR Actividad de punto de acceso Chi en Escherichia coli sin actividad de exonucleasa RecBCD: implicaciones para el mecanismo de recombinación.  (Inglés)  // Genética. - 2007. - enero ( vol. 175 , n. 1 ). - Pág. 41-54 . -doi : 10.1534/ genética.106.065524 . — PMID 17110484 .
  20. ↑ Köppen A. , Krobitsch S. , Thoms B. , Wackernagel W. La interacción con el punto caliente de recombinación chi in vivo convierte la enzima RecBCD de Escherichia coli en una recombinasa independiente de chi mediante la inactivación de la subunidad RecD.  (inglés)  // Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América. - 1995. - 3 de julio ( vol. 92 , n. 14 ). - Pág. 6249-6253 . -doi : 10.1073/ pnas.92.14.6249 . —PMID 7541534 .
  21. ↑ Myers RS , Kuzminov A. , Stahl FW El chi del punto caliente de recombinación activa la recombinación RecBCD al convertir Escherichia coli en una fenocopia mutante recD.  (inglés)  // Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América. - 1995. - 3 de julio ( vol. 92 , n. 14 ). - Pág. 6244-6248 . -doi : 10.1073/ pnas.92.14.6244 . —PMID 7603978 .
  Ir al elemento de Wikidata  diccionarios y enciclopedias
 Enzimas
Actividad
Regulación
Clasificación
Tipos