Desvelado el mecanismo por el cual las helicasas se cargan en el ADN

Un trabajo recientemente publicado en Molecular Cell por el Dr. Ernesto Arias, investigador principal del grupo Crio-ME de Máquinas Macromoleculares en el Centro de Investigaciones Biológicas (CSIC), ha desvelado el mecanismo por el cual las helicasas son reclutadas en el origen de replicación del ADN, caracterizando las estructuras de crio-ME de alta resolución del complejo de la helicasa y su cargador de E. coli con y sin ADN.

La duplicación de información genética es un proceso esencial para todos los seres vivos. Así, la replicación del ADN tiene que ocurrir de manera precisa y fiel para prevenir la generación de mutaciones y aberraciones cromosómicas que pueden ser letales para la célula. Durante este proceso, unos motores moleculares hexaméricos con forma de anillo, llamados helicasas, desenrollan el dúplex parental y dirigen la progresión de la maquinaria molecular responsable de duplicar el ADN. Uno de los pasos clave que controla el inicio de la replicación del ADN es el reclutamiento o carga de la helicasa en el origen de la replicación. En las células, donde las moléculas de ADN no contienen extremos libres, la carga de helicasa no se produce de forma espontánea, sino que requiere de la ayuda de factores específicos. En E. coli, un organismo modelo, la helicasa replicativa y el cargador se conocen como DnaB y DnaC, respectivamente. El sistema DnaB/DnaC se ha utilizado como modelo para comprender el inicio de la replicación del ADN, sin embargo, tras décadas de investigación las bases moleculares de este proceso siguen siendo desconocidas. Este trabajo, resultado de una colaboración internacional, proporciona las estructuras de alta resolución del complejo DnaB/DnaC de E. coli en un estado previo y posterior a la carga, y permite responder a interrogantes que han permanecido abiertos desde hace mucho tiempo en el campo.

Los experimentos de crio-ME de alta resolución realizados en el CIB han permitido obtener estructuras por debajo de los 4 Å de resolución, esenciales para comprender los pasos clave de este proceso a nivel atómico. En ausencia de ADN, seis protómeros de DnaC reconocen a un hexámero de DnaB mediante un dominio N-terminal extendido y rompen el anillo de helicasa para facilitar el paso del ADN al canal central de la proteína motora. Tras la unión del ADN, DnaC hidroliza el ATP, lo que permite que DnaB se vuelva a sellar alrededor del ADN e isomerice a un estado topológicamente cerrado. Curiosamente, la unión del ADN remodela la helicasa que adopta ahora una configuración competente para la translocación, y que también está preparada para reclutar otros factores clave de la maquinaria de replicación. En conjunto, este trabajo proporciona la primera visión a alta resolución de cómo se produce la carga de la helicasa replicativa en bacterias y explica cómo este mecanismo se asemeja y difiere al empleado por helicasas homólogas y en otros procesos celulares esenciales.

Además, dado que la replicación del ADN es crucial para la proliferación celular y desde una perspectiva biomédica, los resultados obtenidos por Arias et al. proporcionan importante información estructural y funcional que podría ayudar al diseño de nuevos fármacos para controlar las infecciones bacterianas.

Referencia: Physical basis for the loading of a bacterial replicative helicase onto DNA. Ernesto Arias-Palomo, Neha Puri, Valerie L. O'Shea Murray, Qianyun Yan and James M. Berger. Molecular Cell (2019) https://doi.org/10.1016/j.molcel.2019.01.023

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Nota de prensa CSIC: link