Mantenimiento de los minicromosomas

El complejo proteico de mantenimiento de minicromosomas ( MCM ) es una helicasa de ADN esencial para la replicación del ADN genómico. El MCM eucariota consta de seis productos génicos, Mcm2–7, que forman un heterohexámero. ^{[ 1 ] [ 2 ]} Como proteína crítica para la división celular, el MCM también es el objetivo de diversas vías de control, como los puntos de control de entrada y detención de la fase S. Tanto la carga como la activación de la helicasa MCM están estrictamente reguladas y acopladas a los ciclos de crecimiento celular. La desregulación de la función del MCM se ha relacionado con la inestabilidad genómica y diversos carcinomas. ^{[ 3 ] [ 4 ]}

Las proteínas de mantenimiento de minicromosomas recibieron su nombre a partir de un cribado genético de levadura para mutantes defectuosos en la regulación del inicio de la replicación del ADN. ^{[ 6 ]} La lógica detrás de este cribado fue que si los orígenes de replicación se regulaban de manera análoga a los promotores de transcripción, donde los reguladores transcripcionales mostraban especificidad de promotor, entonces los reguladores de replicación también deberían mostrar especificidad de origen. Dado que los cromosomas eucariotas contienen múltiples orígenes de replicación y los plásmidos contienen solo uno, un defecto leve en estos reguladores tendría un efecto drástico en la replicación de plásmidos pero poco efecto en los cromosomas. En este cribado, se identificaron mutantes condicionales para la pérdida de plásmidos. En un cribado secundario, estos mutantes condicionales fueron seleccionados por defectos en el mantenimiento de plásmidos frente a una colección de plásmidos, cada uno con una secuencia de origen diferente. Se identificaron dos clases de mutantes mcm : aquellos que afectaban la estabilidad de todos los minicromosomas y otros que afectaban la estabilidad de solo un subconjunto de los minicromosomas. Los primeros eran mutantes defectuosos en la segregación cromosómica, como mcm16, mcm20 y mcm21. Entre la última clase de mutantes específicos de origen se encontraban mcm1, mcm2, mcm3, mcm5 y mcm10. Posteriormente, otros identificaron Mcm4, Mcm6 y Mcm7 en levaduras y otros eucariotas basándose en la homología con Mcm2p, Mcm3p y Mcm5p, ampliando la familia MCM a seis, posteriormente conocida como la familia Mcm2-7. ^{[ 5 ]} En las arqueas, el anillo heterohexamérico es reemplazado por un homohexamérico compuesto por un solo tipo de proteína mcm , lo que apunta a una historia de duplicación y diversificación génica. ^{[ 7 ]}

Mcm1 ^{[ 8 ] [ 9 ]} y Mcm10 ^{[ 10 ] [ 11 ]} también participan en la replicación del ADN, directa o indirectamente, pero no tienen homología de secuencia con la familia Mcm2-7.

MCM2-7 es necesario tanto para la iniciación como para la elongación de la replicación del ADN; su regulación en cada etapa es una característica central de la replicación del ADN eucariota. ^{[ 3 ]} Durante la fase G1, los dos anillos Mcm2-7 cabeza con cabeza sirven como andamiaje para el ensamblaje de los complejos de iniciación de la replicación bidireccional en el origen de replicación. Durante la fase S, el complejo Mcm2-7 forma el núcleo catalítico de la helicasa Cdc45-MCM-GINS, el motor de desenrollamiento del ADN del replisoma.

El sistema de licencias de replicación actúa para asegurar que ninguna sección del genoma se replique más de una vez en un solo ciclo celular. ^{[ 25 ]}

La inactivación de al menos cinco de las seis subunidades MCM durante la fase S bloquea rápidamente la elongación en curso. Como mecanismo crítico para asegurar una sola ronda de replicación del ADN, la incorporación de complejos MCM2-7 adicionales a los pre-RC se inactiva por medios redundantes después del paso a la fase S. ^{[ 26 ]} 

La actividad de MCM2-7 también puede regularse durante la elongación. La pérdida de la integridad de la horquilla de replicación, un evento precipitado por daño en el ADN, secuencias de ADN inusuales o precursores de desoxirribonucleótidos insuficientes, puede conducir a la formación de roturas de doble cadena de ADN y reordenamientos cromosómicos. Normalmente, estos problemas de replicación activan un punto de control de la fase S que minimiza el daño genómico al bloquear la elongación y estabilizar físicamente las asociaciones proteína-ADN en la horquilla de replicación hasta que se soluciona el problema. Esta estabilización de la horquilla de replicación requiere la interacción física de MCM2-7 con Mrc1, Tof1 y Csm3 (complejo M/T/C). ^{[ 27 ]} En ausencia de estas proteínas, el desenrollamiento del ADN bicatenario y el movimiento del replisoma impulsados ​​por MCM2-7 continúan, pero la síntesis de ADN se detiene. Al menos parte de esta detención se debe a la disociación de la polimerasa ε de la horquilla de replicación. ^{[ 27 ]}

Cada subunidad en la estructura MCM contiene dos grandes dominios N- y C-terminales. El dominio N-terminal consta de tres subdominios pequeños y parece utilizarse principalmente para la organización estructural. ^{[ 28 ] [ 1 ]} El dominio N puede coordinarse con el dominio helicasa AAA + C-terminal de una subunidad vecina a través de un bucle largo y conservado. ^{[ 29 ] [ 1 ]} Se ha demostrado que este bucle conservado, denominado bucle de control alostérico, desempeña un papel en la regulación de las interacciones entre las regiones N- y C-terminales al facilitar la comunicación entre los dominios en respuesta a la hidrólisis de ATP [10]. El dominio N también establece la direccionalidad 3′→5′ in vitro de MCM. ^{[ 30 ] [ 31 ]} 

Respecto al mecanismo físico mediante el cual una helicasa hexamérica desenrolla el ADN, se han propuesto dos modelos basados ​​en datos in vivo e in vitro. En el modelo "estérico", la helicasa se desplaza firmemente a lo largo de una hebra de ADN, desplazando físicamente la hebra complementaria. En el modelo de "bomba", pares de helicasas hexaméricas desenrollan el ADN bicatenario, ya sea separándolo mediante torsión o expulsándolo a través de canales en el complejo.

Se ha demostrado que varios MCM promueven la proliferación celular in vitro e in vivo, especialmente en ciertos tipos de líneas celulares cancerosas. La asociación entre los MCM y la proliferación en líneas celulares cancerosas se atribuye principalmente a su capacidad para potenciar la replicación del ADN. Se han demostrado las funciones de MCM2 y MCM7 en la proliferación celular en diversos contextos celulares e incluso en muestras humanas. ^{[ 26 ]} 

Se ha demostrado que MCM2 se expresa con frecuencia en células pulmonares premalignas proliferantes. Su expresión se asoció con células con mayor potencial de proliferación en epitelio escamoso no displásico, histiocitomas fibrosos malignos y carcinoma endometrial, mientras que la expresión de MCM2 también se correlacionó con un mayor índice mitótico en muestras de cáncer de mama. ^{[ 34 ]} 

De manera similar, numerosos estudios de investigación han demostrado la relación entre la expresión de MCM7 y la proliferación celular. La expresión de MCM7 se correlacionó significativamente con la expresión de Ki67 en coriocarcinomas, cáncer de pulmón, neoplasia urotelial papilar, cáncer de esófago y cáncer de endometrio. Su expresión también se asoció con un índice proliferativo más elevado en la neoplasia intraepitelial prostática y el cáncer. ^{[ 35 ]}

• Los genes humanos que codifican las proteínas MCM incluyen: ^{[ 36 ]}
  • MCM2
  • MCM3
  • MCM4
  • MCM5
  • MCM6
  • MCM7
  • MCM8
  • MCM9
  • MCM10

• Humphries C (12 de enero de 2001). "Un burócrata molecular vinculado al proceso de aprobación de la replicación" . Focus . Facultades de Medicina, Odontología y Salud Pública de Harvard. Archivado del original el 31 de agosto de 2007. Consultado el 3 de octubre de 2008 .
• Estructuras macromoleculares de MCM en el Banco de Datos de Microscopía Electrónica (EMDB)