Las acciones de una proteína utilizada para la replicación y reparación del ADN están guiadas por fuerzas electrostáticas conocidas como dirección de fosfato, un hallazgo que no solo revela detalles clave sobre un proceso vital en células sanas, sino que proporciona nuevas direcciones para la investigación del tratamiento del cáncer.
Los hallazgos, publicados esta semana en la revista Comunicaciones de la naturaleza , enfóquese en una enzima llamada aleta endonucleasa 1, o FEN1. Usando una combinación de análisis cristalográficos, bioquímicos y genéticos, los investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía Berkeley Lab demostraron que la dirección de fosfato mantuvo a FEN1 en línea ytrabajando apropiadamente.
"FEN1, al igual que muchas proteínas de replicación y reparación de ADN, tienen roles paradójicos relevantes para el cáncer", dijo la autora principal del estudio Susan Tsutakawa, bioquímica de la División de Biofísica Molecular y Bioimagen Integrada de Berkeley Lab. "Un error de FEN1 podría dañar el ADN,que conduce al desarrollo del cáncer. Por otro lado, muchos cánceres necesitan replicación y reparación de proteínas para sobrevivir y reparar el ADN dañado por los tratamientos contra el cáncer. Nueva evidencia muestra que la dirección del fosfato ayuda a asegurar que FEN1 se comporte como debería para prevenir la inestabilidad del genoma ".
Durante el proceso de replicación, el ADN bicatenario se descomprime para exponer los nucleótidos a lo largo de sus dos cadenas separadas. En ese proceso, se crean aletas de ADN monocatenario. El trabajo de FEN1 es eliminar esas aletas colocando catalizadores metálicos de modo queque pueden romper los enlaces fosfodiéster que forman la columna vertebral de las cadenas de ácido nucleico. Esta acción de escisión ocurre en el ADN dúplex cerca de la unión con el colgajo monocatenario.
Los colgajos que no se cortan pueden provocar daños tóxicos en el ADN que matan la célula o causan mutaciones extensas. Por ejemplo, las expansiones repetidas de trinucleótidos, una mutación asociada con trastornos como la enfermedad de Huntington y el síndrome de X frágil, se caracterizan por la falla de FEN1para cortar el exceso de hilo.
"Lo que no estaba claro antes de nuestro estudio fue cómo FEN1 pudo identificar su objetivo exacto mientras evitaba el corte indiscriminado de aletas monocatenarias", dijo Tsutakawa. "Debe haber una forma de que esta proteína no destruya objetivos similares,como el ARN o el ADN monocatenario. Hacer lo correcto es fundamental "
Tsutakawa trabajó con el autor correspondiente John Tainer, científico investigador de Berkeley Lab y profesor de la Universidad de Texas, en Advanced Light Source, una instalación de usuarios de la Oficina de Ciencia del DOE que produce rayos de rayos X extremadamente brillantes adecuados para resolver la estructura atómicade complejos de proteínas y ADN. Mediante la cristalografía de rayos X, pudieron obtener una visión a nivel molecular de la estructura de la proteína FEN1.
Determinaron que el colgajo monocatenario pasaba a través de un pequeño orificio formado por la proteína FEN1. El tamaño del orificio sirve como un control adicional de que FEN1 está uniendo el objetivo correcto. Sin embargo, sorprendentemente encontraron que el colgajo monocatenariose invierte de tal manera que la parte más vulnerable del ADN, la columna vertebral del fosfodiéster, se aleja de los catalizadores metálicos, lo que reduce la posibilidad de una incisión accidental.
La inversión es guiada por una región cargada positivamente en FEN1 que estabiliza la posición invertida y dirige el fosfodiéster con carga negativa del ADN monocatenario a través del túnel FEN1.
"Estos metales son como tijeras y cortarán cualquier ADN cerca de ellos", dijo Tsutakawa. "La región cargada positivamente en FEN1 actúa como un imán, alejando la aleta de estos metales y protegiendo la aleta de ser cortada. Así es comoFEN1 evita cortar ADN o ARN monocatenario ".
"Esta dirección de fosfato es un mecanismo previamente desconocido para controlar la especificidad de FEN1", agregó. "Las células cancerosas necesitan proteínas FEN para replicarse, por lo que comprender cómo funciona FEN1 podría ayudar a proporcionar objetivos para la investigación de tratamientos en el futuro".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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