Un bucle R es una estructura de ácido nucleico de tres cadenas, compuesta por un híbrido de ADN: ARN y el ADN monocatenario sin molde asociado . Los bucles R pueden formarse en una variedad de circunstancias y pueden ser tolerados o eliminados por componentes celulares. El término "bucle R" se dio para reflejar la similitud de estas estructuras con los bucles D ; la "R" en este caso representa la participación de un resto de ARN .
En el laboratorio, también se pueden crear bucles R mediante la hibridación de ARNm maduro con ADN de doble hebra en condiciones que favorezcan la formación de un híbrido ADN-ARN; en este caso, las regiones del intrón (que se han cortado y empalmado del ARNm) forman bucles de ADN monocatenario, ya que no pueden hibridar con la secuencia complementaria del ARNm.
Historia
El bucle R se describió por primera vez en 1976. [1] Los estudios de bucle R independientes de los laboratorios de Richard J. Roberts y Phillip A. Sharp mostraron que los genes de adenovirus que codifican proteínas contenían secuencias de ADN que no estaban presentes en el ARNm maduro. [2] [3] Roberts y Sharp fueron galardonados con el Premio Nobel en 1993 por descubrir intrones de forma independiente. Después de su descubrimiento en el adenovirus, se encontraron intrones en varios genes eucariotas como el gen de la ovoalbúmina eucariota (primero por el laboratorio O'Malley, luego confirmado por otros grupos), [4] [5] ADN hexón , [2] y genes extracromosómicos de ARNr de Tetrahymena thermophila . [6]
A mediados de la década de 1980, el desarrollo de un anticuerpo que se une específicamente a la estructura del bucle R abrió la puerta a los estudios de inmunofluorescencia , así como a la caracterización de todo el genoma de la formación del bucle R mediante DRIP-seq . [7]
Mapeo de bucle R
El mapeo de bucle R es una técnica de laboratorio utilizada para distinguir intrones de exones en el ADN de doble hebra. [8] Estos bucles R se visualizan mediante microscopía electrónica y revelan regiones intrónicas del ADN mediante la creación de bucles no unidos en estas regiones. [9]
Bucles R in vivo
El potencial de los bucles R para servir como cebadores de replicación se demostró en 1980. [10] En 1994, se demostró que los bucles R estaban presentes in vivo mediante el análisis de plásmidos aislados de mutantes de E. coli que portaban mutaciones en la topoisomerasa . [11] Este descubrimiento de los bucles R endógenos , junto con los rápidos avances en las tecnologías de secuenciación genética , inspiró un florecimiento de la investigación del bucle R a principios de la década de 2000 que continúa hasta el día de hoy. [12]
Regulación de la formación y resolución del bucle R
Las enzimas RNaseH son las proteínas principales responsables de la disolución de los bucles R, que actúan para degradar el resto de ARN para permitir que las dos cadenas de ADN complementarias se hibriden. [13] La investigación realizada durante la última década ha identificado más de 50 proteínas que parecen influir en la acumulación del bucle R, y aunque se cree que muchas de ellas contribuyen al secuestrar o procesar el ARN recién transcrito para evitar que se vuelva a hibridar con la plantilla, los mecanismos de Queda por determinar la interacción del bucle R para muchas de estas proteínas. [14]
Funciones de los bucles R en la regulación genética
La formación del bucle R es un paso clave en el cambio de clase de inmunoglobulina , un proceso que permite a las células B activadas modular la producción de anticuerpos . [15] También parecen desempeñar un papel en la protección de algunos promotores activos de la metilación . [16] La presencia de bucles R también puede inhibir la transcripción. [17] Además, la formación de bucle R parece estar asociada con la cromatina "abierta" , característica de las regiones transcritas activamente. [18] [19]
Bucles R como daño genético
Cuando se forman bucles en R no programados, pueden causar daños mediante varios mecanismos diferentes. [20] El ADN monocatenario expuesto puede ser atacado por mutágenos endógenos, incluidas las enzimas modificadoras del ADN como la citidina desaminasa inducida por activación , y puede bloquear las horquillas de replicación para inducir el colapso de la horquilla y las posteriores roturas de la doble cadena. [21] Además, los bucles R pueden inducir una replicación no programada al actuar como un cebador . [10] [19]
La acumulación de bucle R se ha asociado con una serie de enfermedades, incluida la esclerosis lateral amiotrófica tipo 4 (ELA4) , ataxia , apraxia oculomotora tipo 2 (AOA2) , síndrome de Aicardi-Goutières , síndrome de Angelman , síndrome de Prader-Willi y cáncer. [12]
Bucles R, intrones y daños en el ADN
Los intrones son regiones no codificantes dentro de los genes que se transcriben junto con las regiones codificantes de los genes, pero que posteriormente se eliminan de la transcripción del ARN primario mediante empalme . Las regiones de ADN transcritas activamente a menudo forman bucles R que son vulnerables al daño del ADN . Los intrones reducen la formación del bucle R y el daño del ADN en genes de levadura altamente expresados. [22] El análisis de todo el genoma mostró que los genes que contienen intrones presentan niveles reducidos de bucle R y una disminución del daño del ADN en comparación con genes sin intrones de expresión similar tanto en levaduras como en humanos. [22] La inserción de un intrón dentro de un R-bucle gen propenso puede también R-loop formación reprimir y recombinación . Bonnet y col. (2017) [22] especuló que la función de los intrones en el mantenimiento de la estabilidad genética puede explicar su mantenimiento evolutivo en ciertos lugares, particularmente en genes altamente expresados.
Ver también
- DRIP-seq
- Ribonucleasa H
- Cambio de clase de inmunoglobulina
- Replicación de ADN
Referencias
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