Química Orgánica, Biología Humana, genes, Investigación Forense, biométrica, Medicina Forense

Default @ June 25, 2013

Visión detallada de una proteína de reparación del ADN en acción

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Los errores en el código genético humano que surgen a partir de pares de bases de nucleótidos coincidentes en la doble hélice de ADN pueden conducir al cáncer y otros trastornos. En microbios, tales errores proporcionan la base para la adaptación al estrés ambiental. Como uno de los primeros en responder a estos errores genéticos, una pequeña proteína llamada MutS - para "Mutator S" - controla la integridad de los genomas en una amplia gama de organismos, desde los microbios a los humanos. Entender el proceso de reparación tiene importancia para una igualmente impresionante gama de aplicaciones, incluyendo la biología sintética, la adaptación microbiana y la patogénesis.

Visión detallada de una proteína de reparación del ADN en acción


Greg Hura en la línea de luz ALS Sibilas, que cuenta con estaciones terminales para la cristalografía macromolecular y pequeño ángulo de dispersión de rayos X.

Crédito: Roy Kaltschmidt

Una mirada nueva y detallada en el papel de MutS en reparación de genes del sistema de ADN (MMR) ha sido proporcionado por un equipo de investigadores del Departamento de Energía (DOE) 's Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) y el Instituto de Investigación Scripps con su invención de una nueva técnica para el estudio de ADN. Este avance, que implica nanomateriales híbridos y tecnología de pequeño ángulo de rayos X de dispersión (SAXS), se ha utilizado para resolver un problema importante participación de la integridad del genoma y la detección biológica de ADN que no coinciden.

Trabajar en Berkeley Lab fuente de luz avanzada, los investigadores usaron etiquetas de nanocristales de oro en el ADN para crear nanomateriales híbridos que están optimizados para la observación SAXS. La combinación de oro-nanoetiquetas y SAXS permitió que el equipo de investigación a seguir los cambios conformacionales de ADN provocados por MutS durante el proceso de detección de error de coincidencia de ADN y la respuesta. A continuación, mostraron que esta técnica nanolabel híbrido también se puede utilizar para examinar piezas cortas o largas de ADN en soluciones que son comparables a los entornos celulares.

"Nuestra técnica de emplear SAXS con nanoetiquetas oro nos permite examinar el procesamiento de ADN mediante enzimas de cooperación en el que las condiciones de solución, largas distancias, concentraciones bajas, las poblaciones subestequiométricas y cortas escalas de tiempo son de importancia", dice Greg Hura, un científico de Berkeley División de Biociencias Físicas de Laboratorio.

Hura es el autor principal de un artículo que describe esta investigación en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias (PNAS). El artículo se titula "conformaciones de ADN en reparación de genes sondeado en solución mediante la dispersión de rayos X de nanocristales de oro." El autor correspondiente es John Tainer, que tiene citas conjuntas con la División de Ciencias de la Vida del laboratorio de Berkeley y el Instituto de Investigación Scripps.

"Es una creencia común que el ADN es un componente pasivo en las interacciones de proteínas que implican el metabolismo del ADN, pero muchas proteínas en realidad hacen uso de las características estructurales de ADN, como la rigidez y la conformación de importantes procesos biológicos", dice Tainer. "La vista del ADN como un elemento pasivo es al menos en parte debido a una escasez de herramientas robustas para examinar estados conformacionales de ADN dinámico durante las reacciones de varios pasos."

Para este estudio, Tainer, Hura y sus colegas fueron capaces de sacar provecho de los haces de rayos X de alta calidad a ALS línea de luz 12.3.1, también conocido como sibilas, siglas de Biología Estructural Integrado de Ciencias de la Vida. Mantenido por la División de Ciencias de la Vida del laboratorio de Berkeley bajo la dirección de Tainer, la estación experimental sibilas está optimizado para imágenes SAXS, que proporciona información global sobre las conformaciones adoptadas por una población de macromoléculas en casi cualquier condición solución.

"Debido a que los rayos X se dispersan principalmente de electrones, el uso de nanocristales de oro ofrece un contraste extremadamente alto en relación con moléculas orgánicas esenciales para la biología", dice Tainer. "Esto es importante porque podemos seguir moléculas biológicas específicas en reacciones complejas ya lo largo de las vías para entender cómo sus cambios en la forma y el montaje controlar los resultados biológicos."

El estudio SAXS en la línea de luz sibilas validado lo que se ha denominado el modelo de "cuentas-on-a-cadena" de reparación del ADN, en la que las proteínas MutS son las perlas y el ADN es la cadena. En solución, la proteína MutS se unirá a un sitio de ADN coincidentes doblando el ADN. Enzimas ATP entrarán para cercar y extirpar el error. Los MutS luego se endereza la curva y continúa para corregir el ADN.

"Esta es la primera vez que utilizamos esta técnica para mirar a un proceso mediada por proteínas como la reparación del ADN en solución con diferentes parejas", dice Hura. "Hemos sido capaces de determinar algunos detalles importantes sobre MutS y el sistema MMR que debe ser valioso para el diseño de fármacos. También sabemos ahora lo que debe buscar en las mutaciones que causan cáncer de MutS. Cuando miramos a versiones mutantes de MutS podemos estar capaz de ver que no se doblan o el ADN forman el filamento en la misma medida que la versión normal ".