ADN Z

Na Galipedia, a Wikipedia en galego.
Saltar para a navegação Saltar para a pesquisa
Estrutura do ADN Z. Proteopedia Z-DNA

O ADN Z (ou Z-DNA) é unha das posibles estruturas da dobre hélice do ADN. É unha estrutura levoxira en dobre hélice, xa que o eixe da dobre hélice xira á esquerda nun patrón en zigzag (en vez de á dereita como na forma máis común ADN B, que é dextroxira). Crese que o ADN Z é unha das tres estruturas bioloxicamente activas do ADN, xunto co ADN B e o ADN A.

Historia[editar | editar a fonte]

O ADN levoxiro foi descuberto por Robert Wells e colegas, durante os seus estudos sobre un polímero repetitivo de inosina-citosina.[1] Observaron que este ADN tiña un espectro de dicroísmo circular "inverso", e interpretaron isto (correctamente) como que significaba que as febras se trenzaban unha arredor da outra en sentido levoxiro (xirando cara á esquerda). A relación entre o ADN Z e o máis común ADN B esclareceuse cos traballos de Pohl e Jovin,[2] que mostraron que o dicroísmo circular ultravioleta da poli(dG-dC) estaba case invertido en solución de cloruro sódico 4 M. A sospeita de que isto era o resultado dunha conversión do ADN B a ADN Z foi confirmada ao examinar o espectro raman destas solucións e os cristais de ADN Z.[3] Seguidamente publicouse unha estrutura cristalina do ADN Z, que foi a primeira estrutura de raios X de cristal único dun fragmento de ADN (un hexámero de ADN autocomplementario d(CG)3). Foi resolta como unha dobre hélice levoxira con dúas cadeas antiparalelas que se mantiñan unidas por pares de bases de Watson e Crick. Resolveuse en 1979 grazas aos traballos de Andrew Wang, Alexander Rich, e colaboradores no MIT.[4] A cristalización da unión do ADN B e ADN Z en 2005[5] proporcionou unha mellor comprensión do papel potencial que xoga o ADN Z nas células. Sempre que se forma un segmento de ADN Z no ADN, debe ter unións B-Z nos seus dous extremos, que serven de interface co ADN en forma B que se atopa no resto do xenoma.

En 2007, describiuse a versión en ARN do ADN Z, chamada ARN Z (ou Z-RNA) como unha versión transformada da dobre hélice do ARN A (ou A-RNA) en hélice levoxira.[6] Porén, a transición desde o ARN A ao ARN Z fora descrita xa en 1984.[7]

Estrutura[editar | editar a fonte]

Zona de unión dos ADN B/Z unida a un dominio proteico de unión ao ADN Z. Nótese as dúas bases que sobresaen (extrusión) salientadas. De PDB 2ACJ.

O ADN Z é bastante diferente das formas dextroxiras. De feito, o ADN Z compárase a miúdo co ADN B para ilustrar as principais diferenzas. A hélice de ADN Z é levoxira e ten unha estrutura que se repite cada 2 pares de bases. Os sucos maior e menor, a diferenza do que ocorre nos ADN A e B, mostran pouca diferenza de largura. A formación desta estrutura é xeralmente desfavorable, aínda que certas condicións poden promovela; como secuencias nas que hai alternancia purina-pirimidina (especialmente poli(dGC)2), o superenrolamento do ADN negativo ou alta concentración de sal e algúns catións (todo a temperatura fisiolóxica de 37 °C, e a pH 7,3-7,4). O ADN Z pode formar unha zona de unión co ADN B (chamada "caixa da unión de B a Z") nunha estrutura que implica a extrusión dun par de bases.[8] A conformación ADN Z foi difícil de estudar porque non existe como característica estable da dobre hélice, senón que é unha estrutura transitoria que é inducida ocasionalmente pola actividade bioloóxica e despois desaparece rapidamente.[9]

Estrutura en ADN Z predita[editar | editar a fonte]

É posible predicir a probabilidade de que unha secuencia de ADN forme a estrutura ADN Z. Existe un algoritmo para predicir a propensión do ADN de cambiar da forma B á forma Z chamado ZHunt, que foi escrito polo Dr. P. Shing Ho en 1984 (no MIT).[10] Este algoritmo desenvolvérono despois Tracy Camp, P. Christoph Champ, Sandor Maurice, e Jeffrey M. Vargason para o mapado de ADN Z en xenomas completos (con P. Shing Ho como principal investigador).[11]

O algoritmo Z-Hunt está dispoñible en Z-Hunt online.

Significado biolóxico[editar | editar a fonte]

Aínda que non se encontrou de forma clara e definitiva ningunha importancia biolóxica ao ADN Z, crese comunmente que proporciona un alivio da forza torsional (superenrolamento) durante a transcrición do ADN.[5][12] O potencial para formar unha estrutura de tipo ADN Z tamén se correlaciona con rexións en transcrición activa. Unha comparación entre rexións cunha alta propensión predita dependente de secuencia a formar ADN Z no cromosoma 22 humano cun conxunto seleccionado de sitios de transcrición de xenes coñecidos suxire que hai unha correlación.[11]

O efecto tóxico do bromuro de etidio sobre os protozoos tripanosomas é causado polo cambio do seu ADN do cinetoplasto á forma Z. O cambio é causado pola intercalación de bromuro de etidio e o subseguinte afrouxamento da estrutura do ADN que orixina o desenrolamento do ADN, o cambio á forma Z e a inhibición da replicación do ADN.[13]

ADN Z formado despois da iniciación da transcrición[editar | editar a fonte]

O primeiro dominio proteico que se unía con gran afinidade ao ADN Z descubriuse na proteína encimática ADAR1 utilizando unha estratexia desenvolvida por Alan Herbert.[14][15] Estudos cristalográficos e de RMN confirmaron os descubrimentos bioquímicos de que este dominio se une ao ADN Z dunha maneira non específica de secuencia.[16][17][18] Identificáronse dominios relacionados noutras proteínas por medio de homoloxía de secuencia.[15] A identificación do dominio Z-alfa proporcionou unha ferramenta para outros estudos cristalográficos que levaron á caracterización do ARN Z e a unión B-Z. Os estudos biolóxicos suxiren que o dominio de unión ao ADN Z do encima ADAR1 pode localizar no ADN este encima que modifica a secuencia dun ARN de nova formación en sitios en activa transcrición.[19][20]

En 2003, Alex Rich sinalou que un factor de virulencia de poxvirus chamado E3L, que presenta un dominio relacionado co Z-alfa, imita unha proteína de mamífero que se une ao ADN Z.[21][22] En 2005, Rich e os seus colegas determinaron o que fai o factor E3L para o poxvirus. Cando se expresa en células humanas, E3L multiplica por 5 ou 10 a produción de varios xenes que bloquean a capacidade dunha célula de autodestruírse en resposta a unha infección vírica. Rich especula que o ADN Z é necesario para a transcrición e que E3L estabiliza o ADN Z, prolongando así a expresión dos xenes anti-apoptóticos. Suxeriu que unha pequena molécula que interfire coa unión de E3L ao ADN Z podería impedir a activación destes xenes e axudar a protexer á xente das infeccións por poxvirus.

Xeometrías comparadas dalgunhas formas de ADN[editar | editar a fonte]

Vista lateral dos ADN A, B e Z.
O eixe da hélice dos ADN A, B e Z.
Atributos de xeometría ADN A ADN B ADN Z
Sentido da hélice destroxira destroxira levoxira
Unidade repetida 1 bp 1 bp 2 bp
Rotación por par de bases 32,7° 34,3° 60°/2
Pares de bases por xiro 11 10,5 12
Inclinación dos pares de bases con respecto ao eixe +19° −1,2° −9°
Elevación (rise) por par de bases ao longo do eixe 2,3 Å (0.23 nm) 3,32 Å (0,332 nm) 3,8 Å (0,38 nm)
Xiro da hélice 28,2 Å (2,82 nm) 33,2 Å (3,32 nm) 45,6 Å (4,56 nm)
Torsión media da hélice (mean propeller twist) +18° +16°
Ángulo glicosilo (orientación dos substituíntes das bases con respecto dos residuos de azucres) anti anti C: anti,
G: sin
Pregamento do azucre (ring pucker) C3'-endo C2'-endo C: C2'-endo,
G: C2'-exo
Diámetro 23 Å (2,3 nm) 20 Å (2,0 nm) 18 Å (1,8 nm)
Fontes:[23][24][25]

Notas[editar | editar a fonte]

  1. Mitsui; et al. (1970). "Physical and enzymatic studies on poly d(I-C)-poly d(I-C), an unusual double-helical DNA". Nature (London) 228 (5277): 1166–1169. PMID 4321098. doi:10.1038/2281166a0. 
  2. Pohl FM, Jovin TM (1972). "Salt-induced co-operative conformational change of a synthetic DNA: equilibrium and kinetic studies with poly(dG-dC)". J. Mol. Biol. 67 (3): 375–396. PMID 5045303. doi:10.1016/0022-2836(72)90457-3. 
  3. Thamann TJ, Lord RC, Wang AHJ, Rich A (1981). "High salt form of poly(dG-dC)•poly(dG-dC) is left handed Z-DNA: raman spectra of crystals and solutions". Nucl. Acids Res. 9 (20): 5443–5457. PMC 327531. PMID 7301594. doi:10.1093/nar/9.20.5443. 
  4. Wang AHJ, Quigley GJ, Kolpak FJ, Crawford JL, van Boom JH, Van der Marel G, Rich A (1979). "Molecular structure of a left-handed double helical DNA fragment at atomic resolution". Nature (London) 282 (5740): 680–686. Bibcode:1979Natur.282..680W. PMID 514347. doi:10.1038/282680a0. 
  5. 5,05,1 Ha SC, Lowenhaupt K, Rich A, Kim YG, Kim KK (2005). "Crystal structure of a junction between B-DNA and Z-DNA reveals two extruded bases". Nature 437 (7062): 1183–1186. Bibcode:2005Natur.437.1183H. PMID 16237447. doi:10.1038/nature04088. 
  6. Placido D, Brown BA 2nd, Lowenhaupt K, Rich A, Athanasiadis A (2007). "A left-handed RNA double helix bound by the Zalpha domain of the RNA-editing enzyme ADAR1". Structure 15 (4): 395–404. PMC 2082211. PMID 17437712. doi:10.1016/j.str.2007.03.001. 
  7. Hall K, Cruz P, Tinoco I Jr, Jovin TM, van de Sande JH (October 1984). "'Z-RNA'--a left-handed RNA double helix". Nature 311 (5986): 584–586. Bibcode:1984Natur.311..584H. PMID 6482970. doi:10.1038/311584a0. 
  8. de Rosa M, de Sanctis D, Rosario AL, Archer M, Rich A, Athanasiadis A, Carrondo MA (2010-05-18). "Crystal structure of a junction between two Z-DNA helices". Proc Natl Acad Sci USA 107 (20): 9088–9092. Bibcode:2010PNAS..107.9088D. PMC 2889044. PMID 20439751. doi:10.1073/pnas.1003182107. 
  9. Zhang H, Yu H, Ren J, Qu X (2006). "Reversible B/Z-DNA transition under the low salt condition and non-B-form polydApolydT selectivity by a cubane-like europium-L-aspartic acid complex". Biophysical Journal 90 (9): 3203–3207. Bibcode:2006BpJ....90.3203Z. PMC 1432110. PMID 16473901. doi:10.1529/biophysj.105.078402. 
  10. Ho PS, Ellison MJ, Quigley GJ, Rich A (1986). "A computer aided thermodynamic approach for predicting the formation of Z-DNA in naturally occurring sequences". EMBO Journal 5 (10): 2737–2744. PMC 1167176. PMID 3780676. 
  11. 11,011,1 Champ PC, Maurice S, Vargason JM, Camp T, Ho PS (2004). "Distributions of Z-DNA and nuclear factor I in human chromosome 22: a model for coupled transcriptional regulation". Nucleic Acids Res. 32 (22): 6501–6510. PMC 545456. PMID 15598822. doi:10.1093/nar/gkh988. 
  12. Rich A, Zhang S (2003). "Timeline: Z-DNA: the long road to biological function". Nature Reviews Genetics 4 (7): 566–572. PMID 12838348. doi:10.1038/nrg1115. 
  13. Roy Chowdhury, Arnab; Bakshi, Rahul; Wang, Jianyang; Yildirir, Gokben; Liu, Beiyu; Pappas-Brown, Valeria; Tolun, Gökhan; Griffith, Jack D.; Shapiro, Theresa A.; Jensen, Robert E.; Englund, Paul T.; Ullu, Elisabetta (16 December 2010). "The Killing of African Trypanosomes by Ethidium Bromide". PLoS Pathogens 6 (12): e1001226. doi:10.1371/journal.ppat.1001226. 
  14. Herbert A, Rich A (1993). "A method to identify and characterize Z-DNA binding proteins using a linear oligodeoxynucleotide". Nucleic Acids Res 21 (11): 2669–72. PMC 309597. PMID 8332463. doi:10.1093/nar/21.11.2669. 
  15. 15,015,1 Herbert A, Alfken J, Kim YG, Mian IS, Nishikura K, Rich A (1997). "A Z-DNA binding domain present in the human editing enzyme, double-stranded RNA adenosine deaminase.". Proc Natl Acad Sci USA 94 (16): 8421–6. Bibcode:1997PNAS...94.8421H. PMC 22942. PMID 9237992. doi:10.1073/pnas.94.16.8421. 
  16. Herbert A, Schade M, Lowenhaupt K, Alfken J, Schwartz T, Shlyakhtenko LS, Lyubchenko YL, Rich A (1998). "The Zalpha domain from human ADAR1 binds to the Z-DNA conformer of many different sequences". Nucleic Acids Res 26 (15): 2669–72. PMC 147729. PMID 9671809. doi:10.1093/nar/26.15.3486. 
  17. Schwartz T, Rould MA, Lowenhaupt K, Herbert A, Rich A (1999). "Crystal structure of the Zalpha domain of the human editing enzyme ADAR1 bound to left-handed Z-DNA". Science 284 (5421): 1841–5. PMID 10364558. doi:10.1126/science.284.5421.1841. 
  18. Schade M, Turner CJ, Kühne R, Schmieder P, Lowenhaupt K, Herbert A, Rich A, Oschkinat H (1999). "The solution structure of the Zalpha domain of the human RNA editing enzyme ADAR1 reveals a prepositioned binding surface for Z-DNA". Proc Natl Acad Sci USA 96 (22): 2465–70. Bibcode:1999PNAS...9612465S. PMC 22950. PMID 10535945. doi:10.1073/pnas.96.22.12465. 
  19. Herbert A, Rich A (2001). "The role of binding domains for dsRNA and Z-DNA in the in vivo editing of minimal substrates by ADAR1". Proc Natl Acad Sci USA 98 (21): 12132–7. Bibcode:2001PNAS...9812132H. PMC 59780. PMID 11593027. doi:10.1073/pnas.211419898. 
  20. Halber D (1999-09-11). "Scientists observe biological activities of 'left-handed' DNA". MIT News Office. Consultado o 2008-09-29. 
  21. Kim YG, Muralinath M, Brandt T, Pearcy M, Hauns K, Lowenhaupt K, Jacobs BL, Rich A (2003). "A role for Z-DNA binding in vaccinia virus pathogenesis". Proc Natl Acad Sci USA 100 (12): 6974–6979. Bibcode:2003PNAS..100.6974K. PMC 165815. PMID 12777633. doi:10.1073/pnas.0431131100. 
  22. Kim YG, Lowenhaupt K, Oh DB, Kim KK, Rich A (2004). "Evidence that vaccinia virulence factor E3L binds to Z-DNA in vivo: Implications for development of a therapy for poxvirus infection". Proc Natl Acad Sci USA 101 (6): 1514–1518. Bibcode:2004PNAS..101.1514K. PMC 341766. PMID 14757814. doi:10.1073/pnas.0308260100. 
  23. Sinden, Richard R (1994-01-15). DNA structure and function (1st ed.). Academic Press. p. 398. ISBN 0-12-645750-6. 
  24. Rich A, Norheim A, Wang AHJ (1984). "The chemistry and biology of left-handed Z-DNA". Annual Review of Biochemistry 53: 791–846. PMID 6383204. doi:10.1146/annurev.bi.53.070184.004043. 
  25. Ho PS (1994-09-27). "The non-B-DNA structure of d(CA/TG)n does not differ from that of Z-DNA". Proc Natl Acad Sci USA 91 (20): 9549–9553. Bibcode:1994PNAS...91.9549H. PMC 44850. PMID 7937803. doi:10.1073/pnas.91.20.9549. 

Véxase tamén[editar | editar a fonte]

Outros artigos[editar | editar a fonte]

Ligazóns externas[editar | editar a fonte]

Traído desde "https://gl.wikipedia.org/w/index.php?title=ADN_Z&oldid=4477587"