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Articulo de referencia

Sitio de AP

Representación sencilla de un sitio AP. En bioquímica y genética molecular , un sitio AP ( sitio apurínico/apirimidínico ), también conocido como sitio abásico , es una ubicació...

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Representación sencilla de un sitio AP.

En bioquímica y genética molecular , un sitio AP ( sitio apurínico/apirimidínico ), también conocido como sitio abásico , es una ubicación en el ADN (también en el ARN , pero con mucha menos frecuencia) que no contiene ni una base púrica ni una pirimídica , ya sea de forma espontánea o debido a un daño en el ADN . Se estima que, en condiciones fisiológicas, una célula puede generar diariamente 10 000 sitios apurínicos y 500 apirimidínicos. [ 1 ] [ 2 ]

Los sitios AP pueden formarse por despurinación espontánea , pero también ocurren como intermediarios en la reparación por escisión de bases . [ 3 ] En este proceso, una ADN glicosilasa reconoce una base dañada y escinde el enlace N-glicosídico para liberar la base, dejando un sitio AP. Existen diversas glicosilasas que reconocen diferentes tipos de daño, incluyendo bases oxidadas o metiladas, o uracilo en el ADN . El sitio AP puede ser escindido por una AP endonucleasa , dejando extremos 3'-hidroxilo y desoxirribosa-5-fosfato (véase la estructura del ADN ). De forma alternativa, las glicosilasas-liasas bifuncionales pueden escindir el sitio AP, dejando un fosfato 5' adyacente a un aldehído 3' α,β-insaturado. Ambos mecanismos forman una rotura de cadena simple, que luego se repara mediante reparación por escisión de bases de parche corto o de parche largo. [ 4 ]

Si no se reparan, los sitios AP pueden provocar mutaciones durante la replicación semiconservativa . Pueden causar el bloqueo de la horquilla de replicación y se evitan mediante la síntesis de translesión . En E. coli , la adenina se inserta preferentemente frente a los sitios AP, lo que se conoce como la "regla A". La situación es más compleja en eucariotas superiores, donde diferentes nucleótidos muestran preferencia según el organismo y las condiciones experimentales. [ 3 ]

Formación

Los sitios AP se forman cuando la desoxirribosa se separa de su base nitrogenada , rompiendo el enlace glucosídico entre ambas. Esto puede ocurrir espontáneamente, como resultado de la actividad química, la radiación o la actividad enzimática. Los enlaces glucosídicos del ADN pueden romperse mediante hidrólisis catalizada por ácido . Las bases púricas pueden eliminarse en condiciones ligeramente ácidas, mientras que las pirimidinas requieren una acidez mayor para su escisión. Incluso se puede eliminar la purina a pH neutro si la temperatura aumenta lo suficiente. La formación de sitios AP también puede ser causada por diversos compuestos químicos modificadores de bases. La alquilación , la desaminación y la oxidación de bases individuales pueden debilitar el enlace glucosídico, por lo que la exposición a agentes que provocan estas modificaciones puede favorecer la formación de sitios AP. [ 2 ]

La radiación ionizante también puede provocar la formación de sitios AP. Los ambientes irradiados contienen radicales que pueden contribuir a la formación de sitios AP de diversas maneras. Los radicales hidroxilo pueden atacar los enlaces glucosídicos, creando directamente un sitio AP, o bien hacer que el enlace glucosídico sea menos favorable al unirse a la base o al anillo de desoxirribosa. [ 2 ]

Las enzimas, en particular las ADN glicosilasas, también suelen crear sitios AP como parte de la vía de reparación por escisión de bases. Se estima que en una célula de mamífero se forman entre 5000 y 10 000 sitios apurínicos al día. Los sitios apirimidínicos se forman a un ritmo aproximadamente 20 veces menor, con una estimación de alrededor de 500 eventos de formación por día y por célula. A este ritmo tan elevado, es fundamental que las células cuenten con un sistema de reparación robusto para prevenir mutaciones.

Características

Características químicas

reactividad del sitio AP

Los sitios AP son extremadamente reactivos. Fluctúan entre un anillo de furanosa y una conformación de aldehído libre de cadena abierta y alcohol libre. La exposición a un nucleófilo puede causar una reacción de β-eliminación, en la que se rompe el enlace fosfoéster 3' , causando una ruptura de cadena simple. Esta reacción puede ser catalizada por la AP liasa . [ 2 ] En presencia de un exceso de reactivo, puede ocurrir una eliminación adicional en el lado 5'. El aldehído libre también puede reaccionar con aldehídos nucleofílicos que contienen amina. Estas reacciones pueden promover aún más la ruptura del enlace fosfoéster. Los aldehídos que contienen grupos O-HN 2 pueden servir para estabilizar el sitio abásico al reaccionar con el grupo aldehído. Esta interacción no rompe el enlace fosfoéster.

Actividad biológica

Los sitios AP en las células vivas pueden causar diversas y graves consecuencias, incluida la muerte celular. Las roturas de cadena simple que ocurren debido a la β-eliminación requieren reparación por la ADN ligasa para evitar mutaciones. Cuando la ADN polimerasa encuentra un sitio abásico, la replicación del ADN generalmente se bloquea, lo que puede conducir a una rotura de cadena simple o doble en la hélice del ADN. [ 4 ] En E. coli , cuando la enzima logra sortear el sitio abásico, se incorpora preferentemente una adenina a la nueva cadena. [ 2 ] [ 3 ] Si los sitios AP en el ADN no se reparan, la replicación del ADN no puede proceder normalmente y pueden resultar mutaciones significativas. [ 4 ] Si las mutaciones son simplemente polimorfismos de un solo nucleótido , entonces la célula puede potencialmente no verse afectada. Sin embargo, si ocurren mutaciones más graves, la función celular puede verse gravemente afectada, el crecimiento y la división pueden verse afectados, o la célula puede simplemente morir.

Reparar

Los sitios AP son una característica importante de la vía de reparación por escisión de bases. Las glicosilasas de ADN crean primero sitios apurínicos/apirimidínicos al reconocer y eliminar bases modificadas. Existen muchas variantes de glicosilasas para lidiar con las múltiples formas en que una base puede dañarse. Las circunstancias más comunes son la alquilación de bases, la oxidación y la presencia de uracilo en la cadena de ADN. [ 4 ] Una vez que se ha creado con éxito un sitio AP, una endonucleasa AP cataliza la ruptura de un enlace fosfoéster, creando una muesca en el esqueleto de la hélice. [ 4 ] La ruptura puede ser 3' o 5' del sitio, dependiendo de la variante de la enzima. Las enzimas de procesamiento de extremos preparan entonces el sitio para la ligación de la muesca, que es realizada por la ADN polimerasa. [ 4 ] La base insertada en la muesca está determinada por la base correspondiente en la cadena opuesta. La muesca es sellada por la ADN ligasa.

La actividad de la endonucleasa AP en la reparación de sitios AP en la corteza frontal/parietal, el cerebelo , el tronco encefálico , el mesencéfalo y el hipotálamo disminuye con la edad en ratas con una dieta ad libitum . [ 5 ] En comparación, en ratas con restricción calórica , la actividad de la endonucleasa AP en estas regiones cerebrales permanece más alta con la edad. [ 5 ] Estos hallazgos sugieren que una mayor reparación de sitios AP en animales con restricción calórica podría retrasar el proceso de envejecimiento.

Enfoques de medición

Los sitios AP se pueden mapear con resolución de un solo nucleótido en el genoma humano mediante click-code-seq, [ 6 ] snAP-seq [ 7 ] y SSiNGLe-AP. [ 8 ]

Referencias

  1. ↑ Tropp, Burton (2012). Biología molecular . Sudbury, MA: Jones & Bartlett Learning. pág.  455. ISBN 978-1-4496-0091-4.
  2. 1 2 3 4 5 Borlé, Myriam (1987). "Formación, detección y reparación de sitios AP". Mutation Research . 181 (1): 45– 56. Bibcode : 1987MRFMM.181...45T . doi : 10.1016/0027-5107(87)90286-7 . PMID 2444877 . 
  3. 1 2 3 Boiteux S, Guillet M (enero de 2004). "Sitios abásicos en el ADN: reparación y consecuencias biológicas en Saccharomyces cerevisiae ". Reparación del ADN (Amst) . 3 (1): 1– 12. doi : 10.1016/j.dnarep.2003.10.002 . PMID 14697754 . 
  4. 1 2 3 4 5 6 Lindhal, Tomas (1993). "Inestabilidad y degradación de la estructura primaria del ADN". Nature . 362 (6422): 709– 715. Bibcode : 1993Natur.362..709L . doi : 10.1038/362709a0 . PMID 8469282 . S2CID 4283694 .  
  5. 1 2 Kisby GE, Kohama SG, Olivas A, Churchwell M, Doerge D, Spangler E, de Cabo R, Ingram DK, Imhof B, Bao G, Kow YW (marzo de 2010). "Efecto de la restricción calórica en la reparación por escisión de bases (BER) en el cerebro de ratas envejecidas" . Exp Gerontol . 45 (3): 208– 16. doi : 10.1016/j.exger.2009.12.003 . PMC 2826610. PMID 20005284 .  
  6. ↑ Takhaveev, Vakil; Püllen, Nikolai JL; Singh, Navnit K.; Lefevre, Lucie; Aghajani, Emilie A.; Huber, Sabrina M.; Schauer, Stefan; Gahlon, Hailey L.; Poetsch, Anna R.; Sturla, Shana J. (31 de octubre de 2025). "Click-code-seq revela sesgos de cadena de oxidación y despurinación del ADN en el genoma humano" . Nature Chemical Biology : 1–12 . doi : 10.1038/s41589-025-02052-6 . hdl : 20.500.11850/793216 . ISSN 1552-4469 . 
  7. ↑ Liu, Zheng J.; Martínez Cuesta, Sergio; van Delft, Pieter; Balasubramanian, Shankar (julio de 2019). "Secuenciación de sitios abásicos en ADN con resolución de un solo nucleótido" . Nature Chemistry . 11 (7): 629– 637. doi : 10.1038/s41557-019-0279-9 . ISSN 1755-4349 . 
  8. ↑ Cai, Ye; Cao, Huifen; Wang, Fang; Zhang, Yufei; Kapranov, Philipp (5 de octubre de 2022). "Patrones genómicos complejos de sitios abásicos en el ADN de mamíferos revelados por un método SSiNGLe-AP de alta resolución" . Nature Communications . 13 (1): 5868. doi : 10.1038/s41467-022-33594-1 . ISSN 2041-1723 . PMC 9534904 .