Unión de Holliday

[miniatura|Esquema dunha unión de Holliday na que se mostra a [secuencia de ADN|secuencia de bases e a súa estrutura secundaria pero non a terciaria. A secuencia que se mostra é só unha das moitas posibles. Esta é unha unión de Holliday inmóbil porque as secuencias non son siméricas.]]

Unha **unión de Holliday** (do inglés *Holliday junction*, HJ) é unha estrutura de ácido nucleico ramificada na que están unidos catro dominios de dobre cadea de ácido nucleico. En bioloxía, as unións de Holliday funcionan como intermediarios na recombinación xenética; estas unións ou cruzamentos (*junctions*) teñen xeralmente unha secuencia simétrica, polo que son móbiles. As unións de Holliday inmóbiles foron creadas artificialmente polos científicos inicialmente para estudar as súas estruturas como modelo das unións de Holliday, pero posteriormente atoparon un uso como materiais de construción estruturais básicos en nanotecnoloxía do ADN. A estrutura recibe o seu nome por Robin Holliday, que propuxo a súa existencia en 1964.

## Estrutura 
miniatura|Diagramas esquemáticos dos isómeros conformacionais con empillamento de tres bases da unión de Holliday. Os dous confórmeros empillados difiren nos conxuntos concretos de dous brazos que se unen por empillamento coaxial (*coaxial stacking*): á esquerda, os empillamentos son vermellos-azuis e ciano-maxenta, e á dereita os empillamentos son vermello-ciano e azul-maxenta. As bases máis próximas ao punto de unión determinan que isómero empillado domina.

As unións de Holliday poden existir en forma de varios isómeros conformacionais con diferentes patróns de empillamento coaxial (*coaxial stacking*) entre os catro dominios de dobre hélice. O empillamento coaxial é a tendencia dos extremos romos (é dicir, non coherentes) de ácidos nucleicos de unirse un con outro debido a interaccións entre os aneis das bases expostas. Hai tres posibles confórmeros de empillamento: unha forma non empillada (*unstacked*) e dúas empilladas (*stacked*). A forma non empillada domina en ausencia de catións divalentes como o Mg2+ debido á repulsión electrostática entre os esqueletos cargados negativamente das febras, mentres que en presenza de polo menos un 0,1 mM de Mg2+ a repulsión electrostática é contrarrestada e predomina a estrutura empillada. En 2000, non se coñecía con certeza se o apantallamento electrostático era o resultado da unión específica de sitio de catións á unión de Holliday, ou da presenza dunha colección difusa de ións en solución.

A forma non empillada é unha conformación estendida case plana e cadrada. Por outra parte, os confórmeros empillados teñen dous dominios en dobre hélice continuos separados por un ángulo duns 60° cara á dereita. Dúas das catro febras permanecen aproximadamente helicoidais, e quedan dentro dos dous dominios en dobre hélice, mentres que os outros dous cruzan entre os dous dominios en disposición antiparalela. Aínda que as unións de catro brazos tamén aparecen en moléculas de ARN funcionais, estas xeralmente conteñen nucleótidos non apareados situados entre os dominios de dobre hélice apareados, e non adoptan estritamente a estrutura de Holliday.

Moitas proteínas poden recoñecer ou distorsionar a estrutura da unión de Holiday. Unha desas clases contén encimas que resolven a unión que se encargan de clivar as unións, ás veces dun modo específico de secuencia. Ditas proteínas distorsionan a estrucura da unión de varios modos, a miúdo empurrando a unión a adoptar unha conformación non amontoada (*unstacked*), rompendo os pares de bases centrais, e/ou cambiando os ángulos entre os catro brazos. Outras clases son as proteínas de migración da rama, que incrementan a velocidade de intercambio en varias ordes de magnitude, e as recombinases específicas de sitio. No caso de rotura de dobre febra, o extremo 3' é degradado e o extremo 5' máis grande invade a cromátide irmá contigua, formando unha burbulla de replicación. A medida que a burbulla se achega ao ADN roto, a febra antisentido 5' máis longa invade de novo a febra sentido desta porción do ADN, transcribindo unha segunda copia. Cando remata a replicación, ambas as colas son reconectadas para formar dúas unións de Holliday, que son despois clivadas por proteínas de variadas maneiras. Unha animación deste proceso pode verse aquí.

As roturas no ADN de dobre febra en bacterias son reparadas pola vía RecBCD de recombinación homóloga. As roturas que ocorren soamente nunha das dúas febras do ADN, e que se coñecen como ocos (*gaps*) de febra simple, crese que son reparados pola vía RecF. Tanto a vía RecBCD coma a RecF inclúen unha serie de reaccións coñecidas como *migración da rama*, na cal as febras de ADN sinxelas se intercambian entre dúas moléculas entrecruzadas de ADN dúplex, e tamén a *resolución*, na cal as dúas moléculas de ADN que se entrecruzaran son cortadas e restauradas ao seu estado normal de dobre febra. A recombinación homóloga ocorre en varios grupos de virus. En virus de ADN como os herpesvirus, a recombinación ocorre por medio dun mecanismo de rotura e reunión como en bacterias e eucariotas. En bacterias, a migración da rama está facilitada polo complexo RuvABC ou a proteína RecG, que son motores moleculares que usan a enerxía da hidrólise doATP para mover a unión. A unión debe despois ser resolta en dous dúplex separados, restaurando a configuración parental ou unha configuración sobrecruzada. A resolución pode ocorrer de maneira horizontal ou vertical durante a recombinación homóloga, dando lugar a produtos parche (se están na mesma orientación durante a reparación das roturas de dobre febra) ou a produtos de empalme (se están en diferentes orientacións durante a reparación de roturas de dobre febra). RuvA e RuvB son proteínas da migración da rama, mentres que RuvC é un encima que resolve a unión.

## Uso en nanotecnoloxía do ADN 
[miniatura|Este complexo supramolecular de dobre sobrecruzamento (DX) contén dúas unións de Holliday entre os dous dominios de [dobre hélice, nas partes superior e inferior desta imaxe. Esta *baldosa* pode formar matrices bidimensionais.]]

[miniatura|Diagramas dun complexo de triángulo de [integridade tensional que contén tres unións de Holliday, tanto en illamento coma formando parte dun cristal. Ademais da matriz bidimensional mostrada, esta estrutura pode formar cristais tridimensionais.]]

A nanotecnoloxía do ADN é o deseño e manufactura de estruturas de ácido nucleico artificiais utilizadas como material de enxeñaría para nanotecnoloxía en vez de como portadores da información xenética nas células vivas. Neste campo utilízanse estruturas de ADN ramificadas como compoñentes fundamentais para crear estruturas deseñadas racionalmente máis complexas. As unións de Holliday son compoñentes de moitas destas estruturas de ADN. Como os complexos de unións de Holliday illados son demasiado flexibles para ensamblarse en matrices (*arrays*) ordenadas grandes, os motivos estruturais con moitas unións de Holliday utilízanse para crear "baldosas" ríxidas que poden despois ensamblarse en "matrices" máis grandes.

O motivo deste tipo máis común é o complexo de dobre sobrecruzamento (DX), que contén dúas unións de Holliday en estreita proximidade unha da outra, que dá lugar a unha estrutra ríxida que pode autoensamblarse en matrices máis grandes. A estrutura da molécula DX forza ás unións de Holliday a adoptar unha conformación cos dominios en dobre hélice situados directamente lado con lado, en contraste co seu ángulo preferido de aproximadamente 60°. O complexo pode teoricamente ser deseñado para forzar as unións a ter unha orientación paralela ou antiparalela, pero na práctica as variedades antiparalelas compórtanse mellor, e as versións paralelas raramente se usan.

Demostrouse que hai varios tipos de baldosas que manteñen o ángulo nativo de 60º das unións de Holliday. Unha destas matrices usa baldosas que conteñen catro unións de Holliday nunha disposición en paralelogramo. Esta estrutura tiña a vantaxe de permitir que o ángulo da unión sexa visualizado directamente por medio de microscopia de forza atómica. Ademais, utilizáronse as baldosas de tres unións de Holliday en disposición triangular baseadas no principio da integridade tensional para construír matrices tridimensionais periódicas pensadas para usalas en cristalografía de raios X de biomoléculas.

No modelo de Holliday orixinal de recombinación homóloga, as roturas dunha soa febra aparecían no mesmo punto dunha febra de cada ADN parental. Os extremos libres de cada febra rota migran despois a través da outra hélice de ADN, na que as febras invasoras se unen aos extremos libres que encontren, o que ten como resultado a formación da unión de Holliday. Como cada febra sobrecruzada se realiña (*reanneals*) coa súa febra compañeira orixinal, despraza a febra complementaria orixinal cara a adiante, facendo que a unión de Holliday migre, creando os segmentos heterodúplex. Dependendo de que febra se utilizou como modelo para reparar a outra, as catro células resultantes dunha meiose poderían acabar con tres copias dun alelo e só unha do outro, en vez das dúas de cada normais, unha propiedade coñecida como conversión xénica.

Inicialmente, os xenetistas asumiron que a unión adoptaría unha conformación paralela antes que antiparalela porque esta situaría os dúplex homólogos en aliñamento moi próximo. Pero as análises químicas feitas na década de 1980 mostraron que, en realidade, a unión prefería as conformacións antiparalelas, o que foi un descubrimento considerado controvertido, e o propio Robin Holliday dubidaba inicialmente del. Non obstante, posteriormente, a estrutura antiparalela foi amplamente aceptada debido a datos de cristalografía de raios X en moléculas *in vitro*, aínda que en 2004 as implicacións da estrutura *in vivo* seguían sen esclarecer, especialmente porque a estrutura das unións é alterada a miúdo polas proteínas que se unen a ela.

## Notas 
## Véxase tamén 
### Ligazóns externas 
* 
* Conformational Change of Holliday Junction
* Analysis of branch migration activities of proteins using synthetic DNA substrates (a protocol)