Recombinación homóloga: mecanismos RecBCD, RecA y resolución de uniones de Holliday

Recombinación Homóloga: Intercambio de Secuencias de ADN y Reparación

La recombinación homóloga es el intercambio de secuencias de ADN similares entre diferentes moléculas de ADN. Las células utilizan la recombinación para introducir variaciones genéticas, así como para reparar el ADN dañado.

Mecanismo de Recombinación en E. coli

El mecanismo de recombinación en E. coli se inicia por roturas bicatenarias en una sola molécula de ADN, a diferencia del modelo de Holliday, donde la recombinación comienza con cortes (nicks) en cadenas monocatenarias en posiciones idénticas en cada dúplex de ADN.

Modelo de Reparación de Rotura de la Doble Cadena

En el modelo de reparación de rotura de la doble cadena en la recombinación homóloga, el ADN es procesado para generar una brecha con una cola en el extremo 3' de la cadena monocatenaria. En E. coli, la enzima RecBCD procesa las roturas francas en las moléculas de ADN. Esta enzima está formada por tres subunidades proteicas: RecB, RecC y RecD.

RecBCD se une al ADN en la rotura monocatenaria y tiene actividad helicasa y nucleasa. Rastrea a lo largo del ADN, desenrolla el ADN y con frecuencia corta cada hebra, siendo el ADN escindido destruido.

Sitios Chi en E. coli

E. coli tiene secuencias relativamente frecuentes de "instigador de punto de cruce de 8 nucleótidos", llamados sitios Chi.

Cuando RecBCD se encuentra con un sitio Chi, la actividad nucleasa se altera. RecBCD ya no divide el ADN de 3' a 5', pero la actividad nucleasa de 5' a 3' aumenta.

Rol de RecA en la Recombinación

RecBCD ayuda a dirigir una proteína llamada RecA a la cola de una sola hebra. La forma activa de RecA es un filamento de proteína-ADN que consta de varias subunidades RecA.

El complejo RecA-ssDNA participa en la búsqueda de la homología del ADN. El sitio secundario se une a una molécula de ADN de doble cadena.

La unión en el sitio secundario es rápida, transitoria e independiente de la secuencia de ADN, lo que significa que el filamento puede unirse a una molécula de ADN de doble cadena y escanear a lo largo de su secuencia. Una vez que localiza una región de complementariedad de pares de bases, RecA promueve la formación de un complejo estable entre la cola de ADN monocatenaria en el sitio primario y la cadena complementaria en el sitio secundario (invasión de cadena). Como en el modelo de Holliday, este paso se llama inversión de cadena.

Sin embargo, a diferencia del modelo de Holliday, la ruta del RecBCD puede involucrar dos uniones de Holliday. Una vez formadas las uniones Holliday, RecA se disocia del ADN. El mecanismo de replicación luego rellena las brechas en el ADN. La síntesis de nuevo ADN es otra característica que no está presente en el modelo de Holliday.

Pasos de la Ruta RecBCD

Segundo Paso: Migración de Ramas

La migración de ramas es catalizada por RuvA y RuvB, formando el complejo RuvAB en las uniones de Holliday.

La proteína RuvA es una proteína de unión al ADN que reconoce la estructura bruta de la unión de Holliday, independientemente de su secuencia de ADN específica. RuvA recluta dos hexámeros de RuvB a cada unión de Holliday para formar complejos RuvAB (RuvB es una ATPasa que proporciona la energía para llevar a cabo el intercambio de pares de bases durante la migración de ramas).

Tercer Paso: Resolución de la Unión de Holliday

La resolución de la unión de Holliday es catalizada por la endonucleasa RuvC. Para cada unión de Holliday hay dos posibles sitios de incisión:

• Sitio 1: Consiste en dos hebras de ADN que NO están entrecruzadas.
• Sitio 2: Consiste en dos hebras de ADN que están entrecruzadas.

(Si ambas uniones se cortan de la misma manera, se producen productos de recombinación de parche no recombinantes, y si se escinden en diferentes sitios, tenemos productos de empalme recombinantes).

Recombinación Homóloga en Eucariotas y Procariotas

Eucariotas y procariotas utilizan la vía de reparación de rotura de doble cadena para intercambiar información genética entre las moléculas de ADN, aunque las enzimas involucradas difieren de un organismo a otro. Si ADN foráneo entra a la célula de E. coli, este sería destruido por RecBCD.

La primera enzima para reiniciar la horquilla de replicación es RecBCD. La molécula de ADN formada de la cadena líder es procesada por RecBCD para generar una cola de una cadena monocatenaria de 3' para la recombinación homóloga.

Comparación con el Modelo de Holliday

El modelo de reparación de doble cadena de la recombinación homóloga versus el modelo de Holliday. El primero involucra una rotura de doble cadena en una de las moléculas de ADN más que en una rotura monocatenaria en ambas moléculas de ADN. Además, involucra el procesamiento de ADN y la síntesis de nuevo ADN, a diferencia del modelo de Holliday. Y tercero, el modelo de reparación de doble cadena puede involucrar dos uniones de Holliday en vez de solo una.