LIG3

A ADN ligase 3 é un encima que nos humanos está codificado polo xene LIG3 do cromosoma 17. O xene LIG3 humano codifica ADN ligases dependentes do ATP que selan as interrupcións que se producen no esqueleto fosfodiéster da dobre hélice do ADN.

Hai tres familias de ADN ligases dependentes do ATP en eucariotas. Estes encimas utilizan o mesmo mecanismo de reacción en tres pasos: (i) formación dun intermediario covalente encima-adenilato; (ii) transferencia do grupo adenilato ao 5’-fosfato terminal dunha amosega no ADN; (iii) formación dun enlace fosfodiéster. A diferenza dos membros das familias de LIG1 e LIG4, que se encontran en case todos os eucariotas, os membros da familia de LIG3 están menos amplamente distribuídos. O xene LIG3 codifica varias especies de ADN ligases distintas xeradas por mecanismos de iniciación da tradución alternativa e empalme alternativo que se describen máis abaixo.

 Estrutura, unión ao ADN e actividades catalíticas 

As ADN ligases dependentes de ADN eucarióticos teñen unha rexión catalítica relacionada que contén tres dominios: un dominio de unión ao ADN, un dominio de adenilación e un dominio de pregamento de unión a oligonucleótido / oligosacárido. Cando estes encimas se asocian a unha amosega na dobre hélice do ADN, estes dominios rodean a dobre hélice e cada un deles fai contacto co ADN. A estrutura da rexión catalítica da ADN ligase III en complexo cunha amosega do ADN foi determinada por cristalografía de raios X e é moi similar á formada pola rexión catalítica da ADN ligase I humana unida ao ADN amosegado. Unha característica única das ADN ligases codificadas polo xene LIG3 é ter un dedo de zinc N-terminal que lembra os dous dedos de zinc N-terminais da poli (ADP-ribosa) polimerase 1 (PARP1). Igual que o dedo de zinc da PARP1, o dedo de zinc da ADN ligase III está implicado na unión a roturas de febras do ADN. No polipéptido da ADN ligase III, o dedo de zinc coopera co dominio de unión ao ADN para formar un módulo de unión ao ADN. Ademais, o dominio de adenilación e un dominio de pregamento de unión a oligonucleótido/oligosacárido forma un segundo módulo de unión ao ADN. No modelo da navalla proposto polo laboratorio de Ellenberger, o módulo do dominio de unión ao ADN de dedo de zinc funciona como un sensor da rotura de febras que se une a interrupcións dunha soa febra do ADN sen ter en conta o tipo do terminal da rotura da febra. Se estas roturas son ligables, son transferidas ao módulo formado polo dominio de adenilación-dominio de pregamento de unión a oligonucleótido/oligosacárido, que se une especificamente a amosegas ligables. Comparada coas ADN ligases I e IV, a ADN ligase III é o encima máis activo na unión intermolecular de dobres hélices de ADN. Esta actividade é predominantemente dependente do dedo de zinc da ADN ligase III, o que suxire que os dous módulos de unión ao ADN da ADN ligase III poden unirse simultaneamente a extremos da dobre hélice de ADN.

 Empalme alternativo 

A iniciación da tradución alternativa e os mecanismos de empalme ou splicing alteran as secuencias amino- e carboxilo-terminais que flanquean a rexión catalítica da ADN ligase III. Nos mecanismos de empalme alternativo, o exón que codifica un dominio BRCT situado no dominio C-terminal da ADN ligase III-alfa é substituído por unha secuencia cargada positivamente que actúa como un sinal de localización nuclear, xerando así a ADN ligase III-beta. Esta variante empalmada alternativamente só foi detectada ata agora en células xerminais en machos. Dado o seu padrón de expresión durante a espermatoxénese, parece probable que a ADN ligase III-beta estea implicada na recombinación xenética meiótica ou na reparación do ADN en espermatozoides haploides, pero isto non foi definitivamente demostrado. Aínda que o sitio preferido para a iniciación da tradución dentro do marco de lectura aberto da ADN ligase III é un ATG interno, as iniciaciacións da tradución tamén ocorren no primeiro ATG dentro do marco de lectura aberto, o que ten como resultado a síntese dun polipéptido cunha secuencia N-terminal que indica o seu destino mitocondrial.

 Función celular 

O ARNm da ADN ligase III-alfa codifica unha versión nuclear e outra mitocondrial da ADN ligase III-alfa. A versión nucler encóntrase e funciona formando un complexo estable coa proteína de reparación do ADN XRCC1. Estas proteínas interaccionan por medio dos seus dominios BRCT C-terminais. A XRCC1 non ten actividade encimática senón que parece actuar como proteína armazón ao interaccionar cun gran número de proteínas implicadas na reparación por escisión de bases e na reparación de roturas dunha soa febra. A participación de XRCC1 nestas vías é consistente co fenotipo das células xrcc1. En contraste coa ADN ligase III-alfa nuclear, a mitocondrial funciona independentemente de XRCC1, proteína que non se encontra na mitocondria. Parece que a ADN ligase III-alfa nuclear forma un complexo con XRCC1 no citoplasma e o destino nuclear posterior do complexo resultante está determinado polo sinal de localización nuclear de XRCC1. Aínda que a ADN ligase III-alfa mitocondrial tamén interacciona con XRCC1, é probable que a actividade da secuencia de destino mitocondrial da ADN ligase III-alfa sexa maior que a actividade do sinal de localización nuclear da XRCC1 e que o complexo ADN ligase III-alfa/XRCC1 sexa alterado cando a ADN ligase III-alfa mitocondrial pasa a través da membrana mitocondrial.

Dado que o xene LIG3 codifica a única ADN ligase que hai na mitocondria, a inactivación do xene LIG3 ten como resultado a perda do ADN mitocondrial (xa que é necesario para a súa integridade), o que orixina a perda da función mitocondrial. Os fibroblastos co xene Lig3 inactivado poden propagarse nun medio suplementado con uridina e piruvato.  Porén, estas células carecen de ADNmt. Un dato interesante é que as células cun nivel 100 veces menor do normal de contido mitocondrial de ADN ligase III-alfa mitocondrial manteñen o número de copias normal de ADNmt. O papel esencial da ADN ligase III-alfa no metabolismo do ADN mitocondrial pode ser desempeñado por outras ADN ligases, como a ADN ligase dependente de NAD+ de Escherichia coli, se son destinadas a ir á mitocondria. Así, poden xerarse células viables que carecen de ADN ligase III-alfa nuclear. Aínda que a ADN ligase I é o encima predominante que une os fragmentos de Okazaki durante a replicación do ADN, é agora evidente que o complexo ADN ligase III-alfa/XRCC1 permite que as células que carecen ou teñen unha actividade reducida de ADN ligase I completen a replicación do ADN. Dado que hai moitos estudos bioquímicos e de bioloxía celular que ligan o complexo ADN ligase III-alfa/XRCC1 coa reparación por escisión e a reparación de roturas dunha soa febra do ADN, é sorprendente que as células que carecen de ADN ligase III-alfa nuclear non mostren un incremento significativo da sensibilidade a axentes que danan o ADN. Estes estudos suxiren que hai unha redundancia funcional significativa entre a ADN ligase I e a ADN ligase III-alfa nestas vías de reparación do ADN nuclear. En células de mamíferos, a maioría das roturas de dobre febra do ADN son reparadas por unión de extremos non homólogos dependente de ADN ligase IV. A ADN ligase III-alfa participa nunha vía alternativa menor da unión de extremos non homólogos que xera translocaciós cromosómicas. A diferenza doutras funcións de reparación do ADN nuclear, parece que o papel da ADN ligase III-alfa na reparación de extremos non homólogos alternativa é dependente de XRCC1.

 Importancia clínica 
A diferenza dos xenes LIG1 e LIG4, non se identificaron mutacións herdadas no xene LIG3 na poboación humana. Non obstante, a ADN ligase III-alfa foi implicada indirectamente no cancro e en enfermidades neurodexenerativas. No cancro, a ADN ligase III-alfa está frecuentemente sobreexpresada e isto serve como biomarcador para identificar células que son máis dependentes da vía alternativa da unión de extremos non homólogos para a reparación das roturas de dobre febra do ADN. Aínda que o incremento da actividade da vía de unión de extremos non homólogos alternativa causa inestabilidade xenómica que orixina unha progresión da enfermidade, tamén constitúe unha nova diana para o desenvolvemento de estratexias terapéuticas específicas para células cancerosas. Varios xenes que codifican proteínas que interaccionan directamente coa ADN ligase III-alfa ou indirectamente por medio de interaccións con XRCC1 foron identificados como xenes mutados en enfermidades neurodexenerativas herdadas. Deste modo, parece que as moificacións do ADN que implican a ADN ligase III-alfa xogan un importante papel no mantemento da viabilidade das neuronas.

A LIG3 desempeña unha función na reparación por unión de extremos mediada por microhomoloxía de roturas de dobre febra. É un dos 6 encimas necesarios para esta vía de reparación do ADN tendente ao erro. A LIG3 está regulada á alza na leucemia mieloide crónica, mieloma múltiple, e cancro de mama.

Os cancros son moi a miúdo deficientes na expresión dun ou máis xenes de reparación do ADN, mais a sobreexpresión de xenes de reparación do ADN é menos habitual nos cancros. Por exemplo, hai polo menos 36 encimas de reparación do ADN, que cando son mutacionalmente defectivos en células da liña xerminal, causan un incremento do risco de cancro (síndromes de cancro hereditarias).Bernstein C, Prasad AR, Nfonsam V, Bernstein H.  (2013). DNA Damage, DNA Repair and Cancer, New Research Directions in DNA Repair, Prof. Clark Chen (Ed.), , InTech, http://www.intechopen.com/books/new-research-directions-in-dna-repair/dna-damage-dna-repair-and-cancer  (Ver tamén trastorno de deficiencia de reparación do ADN.)  De xeito similar, polo menos 12 xenes de reparación do ADN atópanse frecuentemente reprimidos epixeneticamente nun ou máis cancros. (Ver tamén reparación do ADN reducida epixeneticamente e cancro.) Normalmente, a expresión deficiente de encimas de reparación do ADN orixina un incremento de danos no ADN que quedan sen reparar, o cal por medio de erros de replicación (síntese translesión), causan mutacións e cancro. Porén, a reparación por unión de extremos mediada por microhomoloxía mediada por LIG3 é moi imprecisa, polo que neste caso, a sobreexpresión, en lugar da subexpresión, é o que aparentemente leva ao cancro.

 Notas 

Este artigo contén textos actualizados por un experto externo na wikipedia inglesa, que actualizou o correspondente artigo da wikipedia e publicou un artigo académico de "revisión" revisado por pares na revista "Gene", cuxa referencia é: Alan E Tomkinson, Annahita Sallmyr (5 September 2013). "Structure and function of the DNA ligases encoded by the mammalian LIG3 gene". Gene. 531 (2): 150–157. doi:10.1016/J.GENE.2013.08.061. PMC 3881560. PMID 24013086.

Categoría:Ligases