O homólogo da proteína de recombinación meiótica DMC1/LIM15 é unha proteína que nos humanos está codificada no xene DMC1 do cromosoma 22. Os homólogos de DMC1 están ben conservados en distintas especies e foron identificados en organismos moi diverxentes como fungos, plantas e mamíferos, incluíndo os humanos.
A proteína de recombinación meiótica Dmc1 é un homólogo da proteína de intercambio de febras de ADN bacteriana RecA. Dmc1 xoga un papel central na recombinación homóloga na meiose ao ensamblarse nos sitios de roturas de dobre febra no ADN programados e realizar unha busca de secuencias de ADN alélicas localizadas nas cromátides homólogas. O nome "Dmc" procede do inglés disrupted meiotic cDNA (ADNc meiótico distorsionado) e refírese ao método usado para o seu descubrimento, no que se usan clons dunha biblioteca de ADNc específico da meiose para dirixir mutacións knock-out de xenes meióticos abundantemente expresados.
A proteína Dmc1 é un dos dous homólogos de RecA atopados en células eucariotas, o outro é Rad51. DMC1 e RAD51 comparten un 50 % de similitude de aminoácidos. No lévedo de xemación, Rad51 serve como proteína de intercambio de febras na mitose, onde é fundamental para a reparación das roturas de dobre febra. Rad51 convértese nun factor accesorio para Dmc1 durante a meiose por inhibición da súa actividade de intercambio de febras.
Descubrimento O xene e proteína DMC1 descubriunos Douglas Bishop en 1992 no lévedo de xemación Saccharomyces cerevisiae cando era un investigador posdoutoral no laboratorio de Nancy Kleckner na Universidade Harvard.
Estrutura A DMC1 humana (hDMC1) é un homomultímero en forma de anel octámero cun diámetro de 140 Å e un oco central de 45 Å. DMC1 únese preferentemente a ADN monocatenario antes que a ADN bicatenario. A diferenza de RecA e Rad51, DMC1 non parece formar un filamento helicoidal sobre o ADN, senón que forma aneis nos que o ADN pasa polo centro. A hDMC1 pode conducir á formación de bucles D no ADN superenrolado. DMC1 ten unha débil actividade de ATPase e pode promover a formación de heterodúplex en presenza dun análogo non hidrolizable do ATP, o que indica a necesidade da unión de ATP e non da hidrólise do ATP. DMC1 tamén mostra unha maior capacidade de unión a nucleosomas nos que se eliminou a cola das histonas, o que indica que a arquitectura do cromosoma pode xogar un papel na unión de DMC1, pero non de Rad51.
Función A proteína codificada por este xene é esencial para a recombinación homóloga meiótica. A recombinación xenética na meiose xoga un importante papel na xeración de diversidade na información xenética e facilita a segregación reducional de cromosomas que debe ocorer para a formación de gametos durante a reprodución sexual.
Durante a meiose, o encima Spo11, similar a unha topoisomerase, introduce roturas de dobre febra no ADN programadas. As roturas de dobre febra son alongadas polas accións de exonucleases para podar os extremos 5' e formar un longo ADN monocatenario 3' que sobresae colgando. Estes tramos colgantes 3' son estabilizados polos efectos das proteínas de unión á fibra monocatenaria (SSBs) para protexer o ADN monocatenario e impedir a formación de estruturas secundarias. A DMC1 cárgase sobre o ADN monocatenario 3' para formar un filamento de nucleoproteína helicoidal que xira á dereita. Seguidamente, este filamento de nucleoproteína realiza unha busca de homoloxía nunha rexión de ADN homólogo. A invasión da febra monocatenaria nunha rexión complementaria no cromosoma homólogo pola febra de ADN co extremo 3' forma un heterodúplex en orixina un bucle desprazado (bucle D). Este bucle D esténdese a medida que se produce a síntese de reparación do ADN, formando unha unión de Holliday. A resolución desta unión de Holiday pode orixinar un produto con sobrecruzamento ou sen sobrecruzamento. Os produtos con sobrecruzamento xéranse con menor frecuencia que os produtos sen sobrecruzamento.
Igual que outros membros da familia Rad51/RecA, Dmc1 estabiliza os intermediarios do intercambio de febras (Rad1/RecA-ADN estendido, ou RS-ADN) en tripletes estendidos similares á forma B do ADN. Cada molécula da proteína únese a un triplete de nucleótidos, e a forza desa unión, como se estima pola enerxía libre de Gibbs, pode avaliarse polo tempo que unha sonda de ADN bicatenario etiquetado cunha secuencia homóloga curta permanece unido a un ADN que conteña unha curta rexión con homoloxía con ela. Un estudo deste tipo mostrou que unha discordancia en calquera das tres posicións ao final dun tramo de homoloxía non incrementa o tempo que a sonda permanece unida, e en construtos de Rad51 ou RecA unha discordancia interna causa unha redución similar no tempo de unión. Todos os encimas poden "saltarse" unha discordancia e continuar unindo a sonda máis firmemente se existe unha rexión de homoloxía máis longa. Porén, con Dmc1 un triplete cunha discordancia interna única (pero non terminal) contribúe á estabilidade da unión da sonda nun grao similar á doutro sen discordancia. Deste xeito, Dmc1 é especialmente axeitado para a súa función de recombinase específica da meiose, xa que a súa actividade permite que catalice máis eficazmente a recombinación entre secuencias que non concordan perfectamente.
Interaccións DMC1 presenta interaccións con RAD51 e o complexo do mamtemento estrutural do cromosomas 5/6 (SMC5/6). A proteína tamén se une a Tid1(Rdh54), Mei5/Sae3 e Hop2/Mnd1. Todas estas proteínas interaccionantes actúan potenciando a actividade de Dmc1 en sistemas purificados e cómpren para a función de Dmc1 nas células.
DMC1 tamén interacciona con FIGNL1. Pénsase que FIGNL1 promove a desensamblaxe de DMC1 durante a meiose masculina.
Rad51 Durante a meiose, as dúas recombinases, Rad51 e Dmc1, interaccionan co ADN monocatenario para formar filamentos especializados que están adaptados a faciliar a recombinación entre cromosomas homólogos. Tanto Dmc1 coma Rad51 teñen unha capacidade intrínseca de autoagregarse. A presenza de filamentos de Rad51 estabiliza os filamentos adxacentes de Dmc1 e inversamente Dmc1 estabiliza os filamentos de Rad51 adxacentes. Propúxose un modelo no cal Dmc1 e Rad51 forman filamentos separados no mesmo ADN monocatenario e a interrelación entre as dúas recombinases afecta as súas propiedades bioquímicas.
Durante a meiose, incluso na ausencia da actividade de intercambio de febras de Rad51, Dmc1 parece poder reparar todas as oturas de ADN meióticas, e esta ausencia non afecta as taxas de sobrecruzamento meiótico.
Hop2/Mnd1 Hop2 e Mnd1 asócianse formando un heterodímero que ten afinidade polo ADN bicatenario, e en menor medida, co ADN monocatenario. Hop2/Mnd1 estimula a actividade de intercambio de febras de DMC1 in vitro. A interacción de Hop2/Mnd1 e DMC1 pénsase que promove a unión preferente de DMC1 ao ADN monocatenario coloca os homólogos en estreita proximidade.
SCM5/6 A DMC1 interacciona co complexo do mantemento estrutural dos cromosomas 5/6 (SMC5/6). O complexo SCM5/6 inhibe a formación de intermediarios de ADN e está implicado na súa resolución. Hai evidencias que SCM5/6 interacciona e inhibe a localización meiótica de DMC1. Rad51 pode inhibir esta interacción, e isto pode ser o seu papel como fctor accesorio durante a recombinación homóloga meiótica.
Importancia clínica As mutacións no xene DMC1 están asociadas coa infertilidade masculina, debido á azoospermia non obstrutiva, na cal os testículos producen poucos ou ningúns espermatozoides. En ratos, un só cambio de aminoácido pode impedir o sobrecruzamento e orixinar unha detención meiótica por un mecanismo autosómico dominante.
Notas
Véxase tamén Bibliografía
Categoría:Proteínas