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Fibao Una perspectiva molecular en medicina
MOLÉCULAS
AlkD, una nueva enzima de reparación del material genético
Prevención
Tratamiento
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Fecha de Publicación: 14-10-2010 Última actualización: 28-12-2010
Resumen
AlkD, mecanismo de reparación de la alquilación
Las glicosilasas del ADN son enzimas encargadas de resolver y eliminar las metilaciones no deseadas en el material genético. Una nueva alquil glicosidasa, AlkD, realiza esta reparación mediante un mecanismo no descrito hasta ahora. El material genético es una molécula tremendamente estable, pero a la vez es sumamente reactiva. Como resultado de esa reactividad, el ADN se encuentra sometido diariamente a diversos impactos químicos, que lo modifican en puntos concretos de su estructura. Dichas modificaciones pueden tener consecuencias desagradables si activan o desactivan inesperadamente genes o producen modificaciones en los mismos. Una de las modificaciones químicas más comunes que sufren las bases nitrogenadas en el DNA es la alquilación. Esta modificación consiste en la transferencia de un grupo alquilo (un grupo reactivo procedente de la eliminación de un átomo de hidrógeno de un hidrocarburo saturado; un ejemplo clásico es el grupo metilo) a uno de los carbonos de las bases nitrogenadas. En concreto, la guanina y la adenina son bases especialmente sensibles a la alquilación. La alquilación puede producirse a partir de grupos metilo endógenos, agentes tóxicos del entorno o diversos tratamientos médicos con químicos agresivos, como la quimioterapia. Las lesiones producidas en el ADN por estas modificaciones químicas pueden ser citotóxicas y mutagénicas. Por ejemplo, la presencia de una metiladenina en la cadena de ADN puede inhibir las polimerasas durante el proceso de replicación.
Función de esta molécula
Distintas vistas de la molécula AlkD unida a un fragmento de ADN con un sitio abásico

Al ser agresiones frecuentes, la naturaleza ha generado mecanismos de reparación específicos para contrarrestarlas. Concretamente, las glicosilasas del ADN son las encargadas de resolver y eliminar las metilaciones no deseadas en el material genético. Dicha eliminación se basa en la hidrólisis del enlace N-glicosídico que une el anillo purínico a la desoxirribosa. Para realizar esta hidrólisis, todas las glicosidasas descubiertas hasta la fecha utilizaban un mecanismo común de acción. Para explicarlo, podemos concebir el ADN como una escalera de mano con dos cuerdas laterales (formadas por fosforribosas enlazadas una tras otra) en la cual cada peldaño está formado por dos piezas unidas por el centro (los diferentes pares de bases). La metilación provocaría que una de las piezas de un determinado peldaño no encajara perfectamente con la otra, provocando una distorsión en la escalera. La reparación llevada a cabo por las glicosidasas consiste básicamente en la rotación de la pieza del peldaño a reparar (el nucleótido metilado) 180 ° alrededor de la cuerda lateral a la que está unido. La propia glicosidasa aporta con su estructura una forma de llenar el hueco vacío de la escalera temporalmente mientras realiza la reparación en un bolsillo en el cual inserta el nucleótido metilado.

Recientemente fueron descritas dos glicosidasas nuevas, ALkC y ALkD, descubiertas en Bacillus cereus e identificadas posteriormente en el resto de reinos.  Para deducir su mecanismo de actuación, los investigadores se las han arreglado para tener lo que podrían llamarse fotografías tridimensionales de la enzima unida a su sustrato natural antes y después de realizar su función.  Para ello, han obtenido cristales de ambas estructuras que después han analizado mediante difracción de rayos X. Este trabajo ha permitido describir un nuevo mecanismo de reparación llevado a cabo por estas nuevas glicosidasas.

A nivel molecular, lo primero que llama la atención es que en ambos estados tanto la purina metilada como el producto de la reacción (un sitio denominado abásico) están en una zona del ADN que no está en contacto con la enzima. De la disposición de las bases implicadas en el mecanismo de reparación se deduce que AlkD estabiliza las distorsiones del ADN producidas en ambas situaciones a través de contactos con el esqueleto de fosforribosa de la cadena no lesionada, exponiendo al solvente (lo que podríamos llamar el exterior en una molécula) la lesión que se quiere reparar.

Esto no es muy común en las reacciones enzimáticas. Generalmente, las enzimas poseen estructuras que generan centros activos más o menos aislados del exterior, de forma que se puede controlar la reacción química en un entorno que contiene los requerimientos específicos de la misma. En el caso de las glicosilasas de ADN este nuevo mecanismo es  definitivamente novedoso e implica una forma de actuación diferente de las conocidas hasta ahora, tanto para reconocer como para catalizar la escisión de la base afectada. En efecto, AlkD detecta el par de bases comprometido basándose en la desestabilización del dúplex en el ADN que resulta del apareamiento o apilamiento de pares de bases no naturales, como es el caso de pares de bases que incluyen una purina modificada por alquilación.

Los autores proponen un mecanismo mediante el cual AlkD forzaría la estructura del DNA de manera que el residuo modificado fuera expuesto al exterior durante más tiempo, incrementando las posibilidades de que el puente N-glicosídico que une el nucleósido al esqueleto de fosforribosa se rompa espontáneamente, además de proporcionar un entorno favorable a la intervención de los grupos fosfato vecinos en la reacción.

Patologías relacionadas con esta molécula

¿Por qué existen mecanismos redundantes de reparación de alquilaciones? Esta sobreabundancia de mecanismos de reparación puede proporcionar protección extra a organismos que se enfrentan a entornos especialmente ricos en agentes metiladores. También es posible que AlkD intervenga de forma más general en los procesos de mantenimiento y reparación del genoma.

La estructura de AlkD también proporciona pistas para deducir su función y evolución. Alkd D está formada en su totalidad por repeticiones HEAT. Estas estructuras son pares de alfa-hélices dispuestos en tándem que normalmente generan esqueletos protéicos sin actividad enzimática, pero implicados en la interacción con proteínas. En este sentido, AlkD constituye el primer caso de estructuras HEAT con actividad enzimática, abriendo la posibilidad de que existan otras enzimas que utilicen estos dominios estructurales para interaccionar con el DNA.

Bibliografía