Un equipo de científicos dirigido por el bioquímico de la Universidad de Stony Brook, Huilin Li, PhD, propuso que el ADN se desenrolla mediante un mecanismo de "bomba", similar a la forma en que se opera en una plataforma petrolera. Su hallazgo, publicado en Biología estructural y molecular de la naturaleza , se basa en nuevas imágenes de primer plano de las proteínas que desenrollan el ADN dentro del núcleo de una célula de levadura y podría ofrecer información sobre las formas en que la replicación del ADN puede salir mal y desencadenar una enfermedad.
"La replicación del ADN es una fuente importante de errores que pueden conducir al cáncer", explicó Li, profesor del Departamento de Bioquímica y Biología Celular de la Universidad de Stony Brook, científico del Laboratorio Brookhaven y autor principal del artículo ".El genoma completo, los 46 cromosomas, se replica cada pocas horas al dividir las células humanas ", dijo Li," por lo que estudiar los detalles de cómo funciona este proceso puede ayudarnos a comprender cómo ocurren los errores ".
El equipo de investigación incluye científicos de la Universidad de Stony Brook, el Laboratorio Nacional de Brookhaven del Departamento de Energía de EE. UU., La Universidad de Rockefeller y la Universidad de Texas. Su investigación se basa en trabajos de colaboración anteriores dirigidos por el Dr. Li. En 2015, produjeron el primer-ever imágenes del complejo completo de la proteína que copia el ADN, llamado replisoma. Ese estudio reveló una sorpresa sobre la ubicación de las enzimas que copian el ADN: las ADN polimerasas.
En el nuevo artículo, titulado "La estructura de la helicasa CMG replicativa eucariota sugiere un movimiento de bombeo para la translocación", el equipo de investigación se centró en los detalles a nivel atómico de la parte "helicasa" del complejo proteico, la parte que rodeay divide la doble hélice del ADN para que las polimerasas puedan sintetizar dos hebras hijas copiando de las dos hebras parentales separadas de la "escalera retorcida".
Los científicos produjeron imágenes de alta resolución de la helicasa utilizando una técnica conocida como microscopía crioelectrónica crio-EM. Una ventaja de este método es que las proteínas se pueden estudiar en solución, que es la forma en que existen en las células.
"No es necesario producir cristales que bloqueen las proteínas en una posición", dijo Li, y agregó que esto es esencial porque la helicasa es una "máquina" molecular hecha de 11 proteínas conectadas que deben ser flexibles para funcionar."Tienes que ser capaz de ver cómo se mueve la molécula para comprender su función".
"Todo el mecanismo funciona de manera similar a una plataforma petrolera de pumpjack de estilo antiguo, con una parte del complejo de proteínas formando una plataforma estable y otra parte balanceándose hacia adelante y hacia atrás", explicó Li. "Cada movimiento de balanceo podría separar las hebras de ADNy mover la helicasa a lo largo de la doble hélice de forma lineal ", sugirió.
El uso de software de computadora para clasificar las imágenes reveló que la helicasa tiene dos conformaciones distintas: una con componentes apilados de manera compacta y otra en la que parte de la estructura está inclinada en relación con una base más "fija".
La vista a nivel atómico permitió a los científicos trazar un mapa de las ubicaciones de los aminoácidos individuales que componen el complejo helicasa en cada conformación. Luego, combinando esos mapas con el conocimiento bioquímico existente, se les ocurrió un mecanismo de cómo la helicasatrabajos.
"Una parte se une y libera energía de una molécula llamada ATP. Convierte la energía química en una fuerza mecánica que cambia la forma de la helicasa", dijo Li. Después de expulsar el ATP gastado, el complejo de helicasa vuelve a suforma original para que pueda entrar una nueva molécula de ATP y comenzar el proceso nuevamente.
"Se ve y funciona de manera similar a una plataforma petrolera de pumpjack de estilo antiguo, con una parte del complejo de proteínas formando una plataforma estable y otra parte balanceándose hacia adelante y hacia atrás", dijo Li. Cada movimiento de balanceo podría separar las hebras de ADN ymueva la helicasa a lo largo de la doble hélice de forma lineal, sugirió.
Este mecanismo de translocación lineal parece ser bastante diferente de la forma en que se cree que operan las helicasas en organismos más primitivos como las bacterias, donde se cree que todo el complejo gira alrededor del ADN, dijo Li. Pero hay algunas pruebas bioquímicas que lo respaldan.la idea de movimiento lineal, incluido el hecho de que la helicasa todavía puede funcionar incluso cuando la actividad de hidrólisis de ATP de algunos, pero no todos, los componentes es eliminada por mutación.
"Reconocemos que esta propuesta puede ser controvertida y no está realmente probada en este momento, pero la estructura da una indicación de cómo funciona este complejo de proteínas y estamos tratando de darle sentido", dijo.
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Materiales proporcionado por Universidad de Stony Brook . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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