Unha abrazadeira do ADN (en inglés DNA clamp), tamén chamada abrazadeira escorregante, é un pregamento de proteína que serve como un factor promotor da procesividade durante a replicación do ADN. É un compoñente esencial do holoencima ADN polimerase III, que se une á ADN polimerase e impide que este encima se disocie da febra molde do ADN. As interaccións proteína-proteína abrazadeira-polimerase son máis fortes e máis específicas que as interaccións directas entre a polimerase e a febra molde do ADN. Como un dos pasos limitantes na reacción de síntese do ADN é a asociación da polimerase co molde de ADN, a presenza da abrazadeira escorregante incrementa drasticamene o número de nucleótidos que a polimerase pode engadir á febra en crecemento por cada evento de asociación. A presenza da abrazadeira do ADN pode incrementar a velocidade de síntese do ADN ata 1000 veces en comparación cunha polimerase non procesiva.[2]
Vista superior e lateral dun homotrímero da abrazadeira escorregante
PCNA humana (cores do arco da vella,
N-terminal = azul,
C-terminal = vermello) con
ADN bicatenario modelado a través do poro central (maxenta).
[1]
O pregamento de abrazadeira do ADN é o dunha proteína α+β que se ensambla formando unha estrutura multimérica que rodea completamente a dobre hélice do ADN como un anel a medida que a polimerase engade nucleótidos á febra en crecemento.[3] A abrazadeira do ADN ensámblase sobre o ADN na forquita de replicación e "escorrega" ao longo do ADN coa polimerase que avanza, axudada por unha capa de moléculas de auga que hai no poro central da abrazadeira entre o ADN e a superficie da proteína. Debido á forma toroidal do multímero ensamblado, a abrazadeira non pode disociarse da febra molde do ADN a non ser que se disocie nos seus monómeros.
O pregamento de abrazadeira do ADN encóntrase en bacterias, arqueas, eucariotas e nalgúns virus. En bacterias, a abrazadeira escorregante é un homodímero composto por dúas subunidades beta idénticas da ADN polimerase III e por iso denomínase abrazadeira beta. En arqueas[4] e eucariotas, é un trímero composto de tres moléculas de PCNA. O bacteriófago T4 tamén utiliza unha abrazadeira escorregante, chamada gp45, que é un trímero similar en estrutura ao PCNA pero que carece de homoloxía de secuencias co PCNA ou coa abrazadeira beta bacteriana.[3]
A abrazadeira beta (beta clamp) é unha abrazadeira do ADN específica e unha subunidade do holoencima ADN polimerase III que se encontra en bacterias. Dúas subunidades beta ensámblanse arredor do ADN pola subinidade gamma e a hidrólise de ATP; esta ensamblaxe denomínase complexo de pre-iniciación. Despois de ensamblarse arredor do ADN, a afinidade que tiñan as subunidades beta pola subunidade gamma é substituída por unha afinidade polas subunidades alfa e épsilon, que xuntas crean o holoencima completo.[6][7][8] A ADN polimerase III é o complexo encimático principal implicado na replicación do ADN procariota.
O complexo gamma da ADN polimerase III, composto por subunidades γδδ'χψ, cataliza a hidrólise de ATP para que dúas sunbunidades beta se unan ao ADN. Unha vez unidas ao ADN, as subuniddes beta poden escorregar libremente ao longo do ADN bicatenario. As subunidades beta á súa vez únense ao complexo da polimerase αε. A subunidade α posúe actividade de ADN polimerase e a subunidade ε é unha exonuclease 3’-5’.[8]
A cadea beta da ADN polimerase III baceriana está composta de tres dominios topoloxicamente equivalentes, que son: N-terminal, central, e C-terminal. Dúas moléculas de cadea beta están estreitamente asociadas para formar un anel pechado que rodea ao ADN bicaenario.
| Abrazadeira do ADN |
|---|
| Identificadores |
|---|
| Símbolo | DNA_polIII_beta |
|---|
| Pfam | PF00712 |
|---|
| InterPro | IPR001001 |
|---|
| SMART | SM00480 |
|---|
| SCOPe | 2pol / SUPFAM |
|---|
| Estruturas proteicas dispoñibles: |
|---|
| Pfam
| estruturas / ECOD
|
|---|
| PDB | RCSB PDB; PDBe; PDBj |
|---|
| PDBsum | resumo de estruturas |
|---|
| PDB | 1jqj, 1jql, 1mmi, 1ok7, 1unn, 1vpk, 2pol, 3bep, 3d1e, 3d1f, 3d1g |
|---|
|
|
Certos AINEs (carprofén, bromfenac, e vedaprofén) mostran algunha supresión da replicación do ADN bacteriano ao inhibir a abrazadeira do ADN bacteriana.[9]
A abrazadeira escorregante en eucariotas é un trímero resultado da ensamblaxe de tres moléculas dunha subunidade específica da ADN polimerase delta chamada antíxeno nuclear de célula proliferante (proliferating cell nuclear antigen, PCNA). Os dominios N-terminal e C-terminal do PCNA son topoloxicamente idénticos. Tres moléculas de PCNA están estreitamente asociadas para formar un anel pechado que rodea o ADN de dobre cadea.
A secuencia do PCNA está ben conservada entre plantas e animais, o que indica unha presión selectiva forte para a conservación da estrutura, e suxire que este tipo de mecanismo de replicación do ADN está conservado nos eucariotas.[11] Identificáronse homólogos do PCNA nas arqueas (Euryarchaeota e Crenarchaeota) e no virus PBCV-1 (Paramecium bursaria Chlorella virus 1) e en virus da poliedrose nuclear.
A subunidade proteica abrazadeira escorregante gp45 viral contén dous dominios. Cada dominio consta de dúas hélices alfa e dúas follas beta. O pregamento está duplicado e ten simetría interna pseudobinaria.[13] Tres moléculas de gp45 están estreitamente asociadas para formar un anel pechado que rodea ao ADN de dobre cadea.
As abrazadeiras escorregantes son cargadas nos seus moldes de ADN asociados por proteínas especializadas chamadas "cargadores da abrazadeira escorregante", que tamén desensamblan as abrazadeiras despois de que se completou a replicación. Os sitios de unión destas proteínas iniciadoras solápanse cos sitios de unión para a ADN polimerase, polo que as abrazadeiras non poden asociarse simultaneamente cun cargador da abrazadeira e cunha polimerase. Deste modo, a abrazadeira non será desensamblada activamente mentres a polimerase permanece unida. As abrazadeiras do ADN tamén se asocian con outros factores implicados na homeostase do ADN e do xenoma, como os factores de ensamblaxe dos nucleosomas, ligases dos fragmentos de Okazaki, e proteías de reparación do ADN. Todas estas proteínas tamén comparten un sitio de unión na abrazadeira do ADN que se solapa co sitio do cargador da abrazadeira, o que asegura que a abrazadeira non será retirada do seu lugar mentres haxa algún encima actuando sobre esa zona do ADN. A actividade do cargador da abrazadeira necesita a hidrólise do ATP para "pechar" a abrazadeira arredor do ADN.
- ↑ PDB 1W60; Kontopidis G, Wu SY, Zheleva DI, Taylor P, McInnes C, Lane DP, Fischer PM, Walkinshaw MD (febreiro de 2005). "Structural and biochemical studies of human proliferating cell nuclear antigen complexes provide a rationale for cyclin association and inhibitor design". Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 102 (6): 1871–6. PMC 548533. PMID 15681588. doi:10.1073/pnas.0406540102.
- ↑ V. Mizrahi, R. N. Henrie, J. F. Marlier, K. A. Johnson, S. J. Benkovic (1985). "Rate-limiting steps in the DNA polymerase I reaction pathway". Biochemistry 24 (15): 4010–4018. doi:10.1021/bi00336a031.
- ↑ 3,0 3,1 Bruck I, O'Donnell M (2001). "The ring-type polymerase sliding clamp family". Genome Biol. 2 (1): REVIEWS3001. PMC 150441. PMID 11178284. doi:10.1186/gb-2001-2-1-reviews3001.
- ↑ Matsumiya S, Ishino Y, Morikawa K (xaneiro de 2001). "Crystal structure of an archaeal DNA sliding clamp: Proliferating cell nuclear antigen from Pyrococcus furiosus". Protein Sci. 10 (1): 17–23. PMC 2249843. PMID 11266590. doi:10.1110/ps.36401.
- ↑ PDB 1MMI; Oakley AJ, Prosselkov P, Wijffels G, Beck JL, Wilce MC, Dixon NE (xullo de 2003). "Flexibility revealed by the 1.85 Å crystal structure of the beta sliding-clamp subunit of Escherichia coli DNA polymerase III". Acta Crystallogr. D Biol. Crystallogr. 59 (Pt 7): 1192–9. PMID 12832762. doi:10.1107/S0907444903009958.
- ↑ Lewin, Benjamin (1997). Genes VI. Oxford [Oxfordshire]: Oxford University Press. pp. 484–7. ISBN 0-19-857779-6. (require rexistro (?)).
- ↑ Lehninger, Albert L (1975). Biochemistry: The Molecular Basis of Cell Structure and Function. New York: Worth Publishers. pp. 894. ISBN 0-87901-047-9. (require rexistro (?)).
- ↑ 8,0 8,1 Stukenberg PT, Studwell-Vaughan PS, O'Donnell M (xuño de 1991). "Mechanism of the sliding beta-clamp of DNA polymerase III holoenzyme". J. Biol. Chem. 266 (17): 11328–34. PMID 2040637.
- ↑ Yin Z, Wang Y, Whittell LR, Jergic S, Liu M, Harry E, Dixon NE, Kelso MJ, Beck JL, Oakley AJ (2014). "DNA Replication Is the Target for the Antibacterial Effects of Nonsteroidal Anti-Inflammatory Drugs". Chemistry & Biology. doi:10.1016/j.chembiol.2014.02.009.
- ↑ PDB 1AXC; Gulbis JM, Kelman Z, Hurwitz J, O'Donnell M, Kuriyan J (outubro de 1996). "Structure of the C-terminal region of p21(WAF1/CIP1) complexed with human PCNA". Cell 87 (2): 297–306. PMID 8861913. doi:10.1016/S0092-8674(00)81347-1.
- ↑ Suzuka I, Hata S, Matsuoka M, Kosugi S, Hashimoto J (xaneiro de 1991). "Highly conserved structure of proliferating cell nuclear antigen (DNA polymerase delta auxiliary protein) gene in plants". Eur. J. Biochem. 195 (2): 571–5. PMID 1671766. doi:10.1111/j.1432-1033.1991.tb15739.x.
- ↑ PDB 1CZD; Moarefi I, Jeruzalmi D, Turner J, O'Donnell M, Kuriyan J (marzo de 2000). "Crystal structure of the DNA polymerase processivity factor of T4 bacteriophage". J. Mol. Biol. 296 (5): 1215–23. PMID 10698628. doi:10.1006/jmbi.1999.3511.
- ↑ Steitz TA, Shamoo Y (1999). "Building a replisome from interacting pieces: sliding clamp complexed to a peptide from DNA polymerase and a polymerase editing complex". Cell 99 (2): 155–166. PMID 10535734. doi:10.1016/S0092-8674(00)81647-5.
