El ADN multicopia monocatenario ( msDNA ) es un tipo de ADN satélite extracromosómico que consiste en una molécula de ADN monocatenario unida covalentemente por un enlace fosfodiéster 2'-5' a la guanosina interna de la molécula de ARN . La quimera de ADN/ARN resultante tiene dos bucles de tallo conectados por una rama similar a las que se encuentran en los intermediarios de empalme de ARN . La región de codificación de msDNA, llamada " retron ", también codifica para un tipo de transcriptasa inversa que se requiere para la síntesis de msDNA [2] .
Antes del descubrimiento de msDNA en myxobacteria [3] [4] , un grupo de bacterias del suelo que pululan , se pensaba que las enzimas conocidas como transcriptasas inversas (RT) existían solo en eucariotas y virus . El descubrimiento condujo a un aumento en la exploración del área. Como resultado, se descubrió que el msDNA estaba muy extendido entre las bacterias, incluidas varias cepas de Escherichia coli y bacterias patógenas [5] . Investigaciones posteriores encontraron similitudes entre la transcriptasa inversa codificada por el VIH y el marco de lectura abierto (ORF) que se encuentra en la región de codificación del msDNA. Las pruebas confirmaron la presencia de actividad de transcriptasa inversa en lisados crudos de cepas que contenían retrones [6] . Aunque se identificó provisionalmente un dominio de RNasa H en el retron ORF, más tarde se descubrió que la actividad de RNasa H necesaria para la síntesis de msDNA en realidad la proporcionaba el huésped [7] .
El descubrimiento de msDNA ha dado lugar a preguntas más amplias sobre el origen de la transcriptasa inversa, ya que se han encontrado genes que codifican transcriptasa inversa (no necesariamente relacionados con msDNA) en procariotas, eucariotas, virus e incluso arqueas . Después del descubrimiento de un fragmento de ADN que codifica la producción de ADNm en E. coli [8] , se sugirió que los bacteriófagos podrían ser los responsables de introducir el gen RT en E. coli [9] . Estos hallazgos sugieren que la transcriptasa inversa desempeñó un papel en la evolución de los virus a partir de bacterias, con una hipótesis que establece que con la ayuda de la transcriptasa inversa, los virus podrían haber surgido como un gen de msDNA escindido que adquirió una cubierta de proteína. Dado que casi todos los genes RT están involucrados en la replicación retroviral y/o el movimiento de elementos transponibles , es razonable especular que los retrones pueden ser elementos genéticos transponibles, pero hay poca evidencia para tal hipótesis, excepto por el hecho observado de que el msDNA es Amplia pero esporádicamente distribuida entre las especies bacterianas. , lo que indica transferencia tanto horizontal como vertical [10] [11] [12] . Debido a que no se sabe si las secuencias de retrones en sí mismas representan elementos transponibles, los retrones se definen funcionalmente por su capacidad para producir msDNA mientras evitan deliberadamente la especulación sobre otras posibles actividades.
La función de msDNA sigue siendo desconocida, a pesar de que muchas copias están presentes en las células. Las mutaciones knockout que no expresan msDNA son viables, por lo que la producción de msDNA no es necesaria para la vida en el laboratorio. La sobreexpresión de msDNA es mutagénica, aparentemente como resultado de la titulación de proteínas de reparación con pares de bases no coincidentes típicos de su estructura [13] . Se ha sugerido que el msDNA puede desempeñar un papel en la patogenicidad o la adaptación a condiciones estresantes [14] . La comparación de las secuencias de msDNA de Myxococcus xanthus , Stigmatella aurantiaca [15] y muchas otras bacterias [10] [14] reveló dominios conservados e hipervariables que se asemejan a las secuencias conservadas e hipervariables que se encuentran en las moléculas de alo-reconocimiento [16] . Los msDNA centrales de M. xanthus y S. aurantiaca , por ejemplo, comparten un 94 % de homología de secuencia, con la excepción del dominio de 19 pb, que tiene solo un 42 % de homología de secuencia [1] . La presencia de dichos dominios es importante porque las mixobacterias exhiben comportamientos sociales cooperativos complejos que incluyen la formación de enjambres y cuerpos fructíferos, mientras que E. coli y otras bacterias patógenas forman biopelículas que exhiben una mayor resistencia a los antibióticos y detergentes. La sostenibilidad de las reuniones sociales, que requieren un gasto energético individual significativo, suele depender de la evolución de los mecanismos de omnisciencia que permiten a los grupos distinguirse de los demás [17] .
Se cree que la biosíntesis de msDNA sigue una vía única que no se encuentra en ningún otro lugar en la bioquímica de DNA/RNA. Debido a la similitud de la unión de la rama 2'-5' con las ramas que se encuentran en los intermedios de corte y empalme del ARN, uno esperaría que la formación de la rama se produjera primero a través de la ligadura mediada por spliceosoma o ribozima . Sorprendentemente, sin embargo, los experimentos en sistemas libres de células usando transcriptasa inversa Retron purificada mostraron que la síntesis de ADNc se inicia directamente a partir del grupo 2'-OH de un residuo interno específico G del cebador de ARN [18] . RT reconoce estructuras de bucle de tallo específicas en el ARN precursor, lo que hace que la síntesis de msDNA asistida por RT sea altamente específica para su propio retron [19] . La preparación para la síntesis de ADNm desafía la comprensión actual de la síntesis de ADN. Las ADN polimerasas (que incluyen la RT) comparten características estructurales, lo que significa que sus sitios catalíticos activos difieren poco de una especie a otra, o incluso entre las ADN polimerasas que usan ADN como molde y las ADN polimerasas que usan ARN como matriz. La región catalítica de la transcriptasa inversa eucariótica consta de tres dominios llamados "dedos", "palma" y "pulgar", que mantienen la plantilla del cebador de doble cadena en el agarre correcto con el 3'-OH del cebador inmerso en el sitio activo. de la polimerasa [20] , agrupan residuos ácidos y polares altamente conservados, ubicados en la palma entre los dedos índice y medio. En las RT eucarióticas, el dominio RNasa H se encuentra en la muñeca debajo de la base del pulgar, pero la actividad de la RNasa H está ausente en las RT retronales. La hendidura de unión al ácido nucleico que se extiende desde el sitio activo de la polimerasa hasta el sitio activo de la RNasa H tiene una longitud de aproximadamente 60 Å en los RT eucarióticos, lo que corresponde a casi dos vueltas helicoidales [21] . Cuando la RT eucariótica extiende el cebador normal, la doble hélice de ADN/ARN en crecimiento se enrolla a lo largo de la hendidura, y cuando la doble hélice pasa a través del dominio RNasa H, el ARN mensajero se escinde para liberar la hebra de ADNc naciente. Sin embargo, si se extiende el cebador de msDNA, la cadena larga de ARN permanece unida al 3'-OH del cebador G. Aunque es posible diseñar un complejo de plantilla de cebador-RT que haga que el 2'-OH esté disponible para la reacción de cebado [19] , una mayor extensión de la hebra de ADN es un problema. : a medida que avanza la síntesis de ADN, la voluminosa cadena de ARN que sale del 3'-OH debe de alguna manera descender en espiral por la brecha de unión sin ser bloqueada por obstáculos estéricos . Para resolver este problema, la transcriptasa inversa de msDNA claramente requerirá funciones especiales que no se encuentran en otros RT [13] .
| Tipos de ácidos nucleicos | ||||
|---|---|---|---|---|
| Bases nitrogenadas | ||||
| nucleósidos | ||||
| nucleótidos | ||||
| ARN | ||||
| ADN | ||||
| análogos | ||||
| Tipos de vectores |
| |||
| ||||