Sistema de restrición-modificación

O sistema de restrición-modificación (ou sistema de restrición modificación ou sistema RM) é un sistema defensivo utilizado polos procariotas para protexerse contra a presenza de ADN alleo, fundamentalmente ADN de virus bacteriófagos. A bacteria destrúe o ADN alleo utilizando encimas de restrición (restrición) á vez que modifica o ADN propio para que non sexa destruído por eses encimas (modificación). Este fenómeno foi detectado por primeira vez na década de 1950. Certas cepas bacterianas podían inhibir (restrinxir) o crecemento de virus que creceran en cepas previas. Este efecto foi atribuído a uns encimas especiais chamados encimas de restrición.
As bacterias teñen encimas de restrición, tamén chamados endonucleases de restrición, que clivan (cortan) o ADN bicatenario en puntos específicos dividíndoo en fragmentos, que son degradados despois por outras endonucleases. Isto impide a infección ao destruír o ADN vírico invasor. Aproximadamente unha cuarta parte das bacterias coñecidas posúen sistemas RM e delas aproximadamente a metade teñen máis dun tipo de sistema RM.
Dado que as secuencias que recoñecen os encimas de restrición son moi curtas, a propia bacteria case con toda seguridade terá tamén esas secuencias no seu propio ADN, polo que eses encimas potencialmente poderían destruír o seu propio xenoma. Por tanto, para previr esta destrución do xenoma propio, a bacteria modifica esas secuencias mediante metilación, engadíndolles grupos metilo encimaticamente. Esta modificación non debe interferir co apareamento de bases, polo que xeralmente só son metiladas unhas poucas bases específicas en cada febra do ADN. Os propios encimas de restrición (ou os complexos que forman) en moitos casos teñen actividade metilase (ademais de restritiva), ou senón hai encimas metiladores específicos.
As endonucleases clivan enlaces fosfodiéster internos (non terminais). As endonucleases de restrición clivan enlaces fosfodiéster internos só despois de que recoñeceron unha secuencia específica no ADN, xeralmente de 4-6 pares de bases e longo, e normalmente palindrómica. O encima de restrición pode clivar xusto no sitio de recoñecemento ou a unha certa distancia. Tipos de sistemas de restrición-modificación
Hai cinco tipos de sistemas RM, que son: tipo I, tipo II, tipo IIS, tipo III e tipo IV, todos eles cunha actividade de encima de restrición e de metilase. Nomeáronse pola orde do seu descubrimento, aínda que o sistema de tipo II é o máis común. Os máis importantes son o I, II e III.
Sistemas de tipo I. Son os máis complexos, e constan de tres polipéptidos: R (restrición), M (modificación), e S (especificidade). O complexo resultante dos tres pode clivar e metilar o ADN. Ambas as reaccións requiren ATP, e a clivaxe ocorre a unha considerable distancia do sitio de recoecemento. A subunidade S determina a especificidade da restrición e a metilación. A clivaxe ten lugar a distancias variables da secuencia de recoñecemento, polo que nos experimentos de electroforese en xel non se observan facilmente bandas discretas.
Sistemas de tipo II. Son os máis simples e comúns. A metiltransferase e a endonuclease, en vez de funcionaren formando parte dun complexo, están codificadas en dúas proteínas separadas que actúan independentemente (e non hai proteína de especificidade). Ambas as proteínas recoñecen o mesmo sitio de recoñecemento, e, por tanto, compiten pola actividade. A metiltransferase actúa como monómero, metilando a dobre cadea do ADN en dous pasos, unha febra de cada vez. A endonuclease actúa como homodímero, e facilita a clivaxe de ambas as febras. A clivaxe ocorre nunha posición definida preto de ou na propia secuencia de recoñecemento, producindo así fragmentos discretos durante a electroforese en xel. Por esta razón, os sistemas de tipo II utilízanse nos laboratorios para a análise de ADN e clonación de xenes.
Sistemas de tipo III. Posúen proteínas R e M que forman un complexo de modificación e clivaxe. Porén, a proteína M pode metilar por si soa. A metilación ocorre só nunha das febras do ADN a diferenza da maioría dos outros mecanismos coñecidos. O heterodímero formado polas proteínas R e M compite consigo mesmo en modificar e restrinxir a mesma reacción, o que ten como resultado unha incompleta dixestión. Usos
Os sistemas RM poden clonarse en plásmidos e seleccionarse a causa da resistencia que proporciona o encima metilador. Unha vez que o plásmido empeza a replicarse, pode producirse o encima metilador, que metilará o ADN do plásmido, protexéndoo da acción do encima de restrición.
Nalgúns virus evolucionaron maneiras de subverter o sistema RM, xeralmente consistentes en modificar o seu propio ADN ao engadirlle grupos metilo ou glicosilo, o que bloquea os encimas de restrrición. Outros virus, como os bacteriófagos T3 e T7, codifican proteínas que inhiben os encimas de restrición.
Para contraatacar a estes virus, nalgunhas bacterias evolucionaron sistemas de restrición que só recoñecen e clivan ADN modificado, pero non actúan sobre o ADN do hóspede non modificado (ao revés do procedemento normal). Algúns procariotas desenvolveron moitos tipos de sistemas RM.