Es bueno que no tengamos que pensar en colocar todas las piezas necesarias cuando uno de nuestros billones de células necesita duplicar su ADN y luego dividirse para producir células hijas idénticas.
Nunca podríamos hacerlo bien. El proceso es tan complejo que requiere la orquestación de más de cien proteínas altamente especializadas, cada una de las cuales debe desempeñar su papel en el momento preciso y en la orientación espacial adecuada.A menudo se ha comparado con una danza molecular exquisitamente coreografiada. Los errores más pequeños, si no se corrigen, pueden tener consecuencias mortales. Es esencial que el genoma se replique una y solo una vez durante cada ciclo de división celular.
en el diario eLife , un equipo de biólogos codirigido por el profesor del Laboratorio Cold Spring Harbor CSHL y el investigador del HHMI, Leemor Joshua-Tor y el presidente y profesor de CSHL, Bruce Stillman, ha publicado imágenes a resolución atómica del complejo de proteínas multiparte que realiza el mismoprimer paso en la danza de la replicación del genoma. Las imágenes de la versión humana de este complejo, llamado ORC por sus siglas en inglés, lo muestran en su modo activo.
Los complejos ORC se autoensamblan en el núcleo celular y se unen en puntos específicos llamados sitios de inicio u orígenes a lo largo de la doble hélice en los cromosomas. En las células humanas, ORC se ensambla en literalmente miles de sitios de origen en todo el genoma, para formar una configuración inicialllamado complejo de pre-replicación, o pre-RC. Una vez ensamblados, estos pre-RC son como nadadores olímpicos altamente preparados parados en el bloque de salida, esperando la señal para comenzar la carrera.
Al igual que los nadadores rápidos, cada complejo necesita combustible para reclutar su "motor" que abre las dos hebras de la doble hélice. En el caso de ORC es ATP, o trifosfato de adenosina. En la fase activa de ORC, los investigadores mostraron que un subconjuntoque contiene las subunidades ORC 1, 2, 3, 4 y 5, involucra múltiples moléculas de ATP y forma un complejo parcial en forma de anillo. El ATP también se usa para reclutar otro componente de proteína llamado CDC6, transformando el anillo abierto en un anillo cerrado. En este momento,el ensamblaje de múltiples partes se ha enganchado y unido a la doble hélice, que pasa a través del centro del anillo como un perno a través del centro de una tuerca. El anillo está diseñado para ajustarse perfectamente al ADN.
ORC fue descubierto en 1991 en el laboratorio de Stillman. "Bruce hizo su descubrimiento inicial de ORC en la levadura", señala Joshua-Tor, "y hemos sabido durante muchos años que hay grandes similitudes estructurales en el complejo de ORC en diferentes formasorganismos, desde la levadura hasta las moscas y los mamíferos. Nuestras nuevas imágenes ayudan a explicar lo que parecían ser diferencias de forma entre ORC en moscas de la fruta y en humanos ".
Utilizando las herramientas de la biología estructural - cristalografía de rayos X y microscopía crioelectrónica cryo-EM - el equipo demostró que las diferencias son análogas a las diferencias entre una persona fotografiada inmóvil y una fotografiada corriendo.la estructura fly ORC había sido capturada en una fase inactiva, mientras que la estructura recientemente publicada captura el complejo en las células humanas en la configuración que asume cuando realiza su función: unirse al ADN.
Las primeras imágenes de ORC eran de baja resolución y "en bloques", dice Joshua-Tor. Las nuevas imágenes aclaran cómo ATP se une en las posiciones en una parte importante del conjunto de ORC, que consiste en subunidades de proteínas llamadas ORC1, ORC4 y ORC5.Este es el "módulo motor" de ORC, y no podría estabilizarse para obtener imágenes sin ATP "a bordo". El otro conjunto principal consiste en ORC2 y ORC3. ORC alcanza su configuración en forma de anillo cuando se recluta la proteína CDC6, deslizándose entre el ORC1y subunidades ORC2.
Las imágenes de alta resolución del ORC humano activo publicadas por el equipo ayudan a resolver tres misterios principales ". Nos ayudan a comprender cómo el ADN podría unirse al ORC; cómo se usa el combustible ATP; y cómo las mutaciones en las proteínas en el complejo ORC danelevarse a la enfermedad humana ", dice Joshua-Tor.
Un trastorno interesante que se sabe que es causado por mutaciones del complejo ORC se llama Síndrome de Meier-Gorlin, que implica enanismo severo baja estatura y microcefalia cerebro pequeño. El equipo produjo ORC que tiene varias de sus proteínas componentes que contienen mutaciones encontradasen pacientes de Meier-Gorlin. "Encontramos que una de estas mutaciones mata la actividad de ATP por completo", informa Joshua-Tor, lo que perjudica a ORC en su función de replicación del genoma. Los niños con esta mutación tienen una buena copia y una copia defectuosa, esencialmente produciendo la mitaddel ORC necesario, lo que resulta en su pequeño cuerpo y tamaño cerebral. Otra mutación hizo que el módulo motor ORC 1,4,5 fuera hiperactivo, pero cuando se agregó al ORC 2,3 hizo que el complejo completo fuera menos activo de lo normal. Estos detalles estructurales ayudan a explicar¿Por qué ocurre el Síndrome de Meier-Gorlin? El funcionamiento adecuado de los ORC es importante para evitar muchas otras enfermedades, incluido el cáncer.
Quizás las ideas más amplias que brindan las nuevas imágenes de ORC humano son evolutivas. Aunque el ORC en levaduras primitivas y seres humanos complejos funciona de manera diferente: la proteína de levadura es estable durante la división celular mientras que en humanos se ensambla y desmonta dinámicamenteson "notablemente similares" en aspectos importantes, señalan los investigadores.
"Ambos son muy similares a otra máquina impulsada por ATP que también carga una proteína en forma de anillo en el ADN, los cargadores de abrazadera de ADN polimerasa, lo que demuestra que estas máquinas moleculares que cargan proteínas en forma de anillo en el ADN han sido reutilizadas paramúltiples etapas de la replicación del ADN ", escribe el equipo. Ambos actúan como interruptores moleculares que hidrolizan la energía del ATP para bloquear los anillos de proteínas en el ADN de doble cadena.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Laboratorio Cold Spring Harbor . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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