En biología molecular , un bucle de desplazamiento o bucle D es una estructura de ADN en la que las dos hebras de una molécula de ADN de doble hebra se separan durante un tramo y se mantienen separadas por una tercera hebra de ADN. Un bucle R es similar a un bucle D, pero en este caso la tercera hebra es ARN en lugar de ADN. La tercera hebra tiene una secuencia de bases que es complementaria a una de las hebras principales y se empareja con ella, desplazando así la otra hebra principal complementaria en la región. Dentro de esa región, la estructura es, por tanto, una forma de ADN de triple hebra.. Un diagrama en el documento que presenta el término ilustra el bucle en D con una forma que se asemeja a una "D" mayúscula, donde la hebra desplazada formaba el bucle de la "D". [1]
Los bucles D ocurren en una serie de situaciones particulares, incluida la reparación del ADN , en los telómeros y como una estructura semiestable en las moléculas circulares de ADN mitocondrial .
En las mitocondrias
Los investigadores de Caltech descubrieron en 1971 que el ADN mitocondrial circular de las células en crecimiento incluía un segmento corto de tres hebras que llamaron bucle de desplazamiento. [1] Descubrieron que la tercera hebra era un segmento replicado de la hebra pesada (o hebra H) de la molécula, que desplazó, y estaba unida por hidrógeno a la hebra ligera (o hebra L). Desde entonces, se ha demostrado que la tercera hebra es el segmento inicial generado por una réplica de la hebra pesada que se ha detenido poco después de la iniciación y a menudo se mantiene durante algún período en ese estado. [2] El bucle D se produce en el área principal no codificante de la molécula de ADN mitocondrial, un segmento llamado región de control o región del bucle D.
La replicación del ADN mitocondrial puede ocurrir de dos formas diferentes, ambas comenzando en la región del bucle D. [3] Una forma continúa la replicación de la hebra pesada a través de una parte sustancial (por ejemplo, dos tercios) de la molécula circular, y luego comienza la replicación de la hebra ligera. El modo informado más recientemente comienza en un origen diferente dentro de la región del bucle D y usa la replicación de cadenas acopladas con síntesis simultánea de ambas cadenas. [3] [4]
Se conservan ciertas bases dentro de la región del bucle D, pero grandes partes son muy variables y la región ha demostrado ser útil para el estudio de la historia evolutiva de los vertebrados. [5] La región contiene promotores para la transcripción de ARN de las dos hebras de ADN mitocondrial inmediatamente adyacentes a la estructura del bucle D que se asocia con el inicio de la replicación del ADN. [6] Las secuencias de bucle D también son de interés en el estudio de los cánceres. [7]
La función del bucle D aún no está clara, pero investigaciones recientes sugieren que participa en la organización del nucleoide mitocondrial . [8] [9]
En telómeros
En 1999 se informó que los telómeros , que cubren el extremo de los cromosomas , terminan en una estructura similar a un lazo llamada T-loop (Telomere-loop). [10] Este es un bucle de ambas hebras del cromosoma que se unen a un punto anterior en el ADN de doble hebra por el extremo de la hebra 3 'que invade el par de hebras para formar un bucle D. La articulación se estabiliza por la shelterin proteína POT1 . [11] El bucle en T, que se completa con el empalme del bucle en D, protege el extremo del cromosoma del daño. [12]
En reparación de ADN
Cuando una molécula de ADN de doble hebra ha sufrido una rotura en ambas hebras, un mecanismo de reparación disponible en las células eucariotas diploides es la reparación por recombinación homóloga . Esto hace uso del cromosoma intacto homólogo al roto como plantilla para llevar las dos piezas de doble hebra en la alineación correcta para volver a unirse. Al principio de este proceso, una hebra de una pieza se empareja con una hebra del cromosoma intacto y esa hebra se usa para formar un bucle D en ese punto, desplazando la otra hebra del cromosoma intacto. Se siguen varios pasos de ligadura y síntesis para efectuar la reunión. [13]
En los seres humanos, la proteína RAD51 es fundamental para la búsqueda homóloga y la formación del bucle D. En la bacteria Escherichia coli , la proteína RecA realiza una función similar . [14]
Recombinación meiótica
Durante la meiosis , la reparación de los daños de las cadenas dobles, en particular las roturas de las cadenas dobles, se produce mediante el proceso de recombinación descrito en el diagrama adjunto. Como se muestra en el diagrama, un bucle D juega un papel central en la reparación recombinacional meiótica de tales daños. Durante este proceso, las recombinasas Rad51 y Dmc1 se unen a las colas de ADN monocatenario (ssDNA) 3 'para formar filamentos de nucleoproteína helicoidales que realizan una búsqueda de ADN bicatenario homólogo intacto (dsDNA). [15] Una vez que se encuentra la secuencia homóloga, las recombinasas facilitan la invasión del extremo del ssDNA en el dsDNA homólogo para formar un D-loop. Después del intercambio de hebras, los intermedios de recombinación homóloga se procesan mediante una de dos vías distintas (ver diagrama) para formar los cromosomas recombinantes finales.
Ver también
- Replicación de bucle D
- región de control de ADNmt
Referencias
- ↑ a b Kasamatsu, H .; Robberson, DL; Vinograd, J. (1971). "Un ADN mitocondrial circular cerrado novedoso con propiedades de un intermedio de replicación" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 68 (9): 2252–2257. Código bibliográfico : 1971PNAS ... 68.2252K . doi : 10.1073 / pnas.68.9.2252 . PMC 389395 . PMID 5289384 .
- ^ Doda, JN; Wright, CT; Clayton, DA (1981). "El alargamiento de las hebras de bucle de desplazamiento en el ADN mitocondrial humano y de ratón se detiene cerca de secuencias de plantilla específicas" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 78 (10): 6116–6120. Código Bibliográfico : 1981PNAS ... 78.6116D . doi : 10.1073 / pnas.78.10.6116 . PMC 348988 . PMID 6273850 .
- ^ a b Fish, J .; Raule, N .; Attardi, G. (2004). "El descubrimiento de un origen de replicación de bucle D importante revela dos modos de síntesis de ADNmt humano" (PDF) . Ciencia . 306 (5704): 2098–2101. Código Bibliográfico : 2004Sci ... 306.2098F . doi : 10.1126 / science.1102077 . PMID 15604407 .
- ^ Holt, IJ; Lorimer, ÉL; Jacobs, HT (2000). "Síntesis de cadenas principales y retrasadas acopladas de ADN mitocondrial de mamíferos". Celular . 100 (5): 515-524. doi : 10.1016 / s0092-8674 (00) 80688-1 . PMID 10721989 .
- ^ Larizza, A .; Pesole, G .; Reyes, A .; Sbisà, E .; Saccone, C. (2002). "Especificidad de linaje de la dinámica evolutiva de la región de bucle D de mtDNA en roedores". Revista de evolución molecular . 54 (2): 145-155. Código bibliográfico : 2002JMolE..54..145L . doi : 10.1007 / s00239-001-0063-4 . PMID 11821908 .
- ^ Chang, DD; Clayton, DA (1985). "El cebado de la replicación del ADN mitocondrial humano se produce en el promotor de la cadena ligera" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 82 (2): 351–355. Código Bibliográfico : 1985PNAS ... 82..351C . doi : 10.1073 / pnas.82.2.351 . PMC 397036 . PMID 2982153 .
- ^ Akouchekian, M .; Houshmand, M .; Hemati, S .; Ansaripour, M .; Shafa, M. (2009). "Alta tasa de mutación en la región de bucle de desplazamiento de ADN mitocondrial en cáncer colorrectal humano". Enfermedades del colon y recto . 52 (3): 526–530. doi : 10.1007 / DCR.0b013e31819acb99 . PMID 19333057 .
- ^ Él, J .; Mao, C.-C .; Reyes, A .; Sembongi, H .; Di Re, M .; Granycome, C .; Clippingdale, AB; Fearnley, MI; Harbour, M .; Robinson, AJ; Reichelt, S .; Spelbrink, JN; Walker, JE; Holt, IJ (2007). "La proteína AAA + ATAD3 tiene propiedades de enlace de bucle de desplazamiento y está involucrada en la organización nucleoide mitocondrial" . The Journal of Cell Biology . 176 (2): 141-146. doi : 10.1083 / jcb.200609158 . PMC 2063933 . PMID 17210950 .
- ^ Leslie, M. (2007). "Lanzado para un D-loop" . The Journal of Cell Biology . 176 (2): 129a. doi : 10.1083 / jcb.1762iti3 . PMC 2063944 .
- ^ Griffith, JD; Comeau, L .; Rosenfield, S .; Stansel, RM; Bianchi, A .; Moss, H .; De Lange, T. (1999). "Telómeros de mamíferos terminan en un gran bucle dúplex". Celular . 97 (4): 503–514. doi : 10.1016 / S0092-8674 (00) 80760-6 . PMID 10338214 .
- ^ Maestroni L, Matmati S, Coulon S (2017). "Resolver el problema de replicación de telómeros" . Genes . 8 (2): E55. doi : 10.3390 / genes8020055 . PMC 5333044 . PMID 28146113 .
- ^ Greider, CW (1999). "Los telómeros hacen D-loop-T-loop". Celular . 97 (4): 419–422. doi : 10.1016 / s0092-8674 (00) 80750-3 . PMID 10338204 .
- ^ Hartl, Daniel L .; Jones, Elizabeth W. (2005). "página 251" . Genética: análisis de genes y genomas . Editores Jones & Bartlett. ISBN 978-0763715113.
- ^ Shibata, T .; Nishinaka, T .; Mikawa, T .; Aihara, H .; Kurumizaka, H .; Yokoyama, S .; Ito, Y. (2001). "Recombinación genética homóloga como una propiedad dinámica intrínseca de una estructura de ADN inducida por proteínas de la familia RecA / Rad51: una posible ventaja del ADN sobre el ARN como material genómico" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 98 (15): 8425–8432. Código Bibliográfico : 2001PNAS ... 98.8425S . doi : 10.1073 / pnas.111005198 . PMC 37453 . PMID 11459985 .
- ^ Sansam CL, Pezza RJ (2015). "Conectando rompiendo y reparando: mecanismos de intercambio de hebras de ADN en la recombinación meiótica" . FEBS J . 282 (13): 2444–57. doi : 10.1111 / febs.13317 . PMC 4573575 . PMID 25953379 .