7.5: DNA Polimerasi translesione

Le polimerasi translesione (TLS) salvano le DNA polimerasi bloccate nei siti delle basi danneggiate sostituendo la polimerasi replicativa e installando un nucleotide attraverso il sito danneggiato. In questo modo, la TLS concede ulteriore tempo alla cellula per riparare il danno prima di riprendere la regolare replicazione del DNA.

Le polimerasi TLS si trovano in tutti e tre i domini della vita: archaea, batteri ed eucarioti. Delle diverse classi di polimerasi TLS, i membri della famiglia Y sono dotati di strutture specializzate ottimizzate per effettuare la sintesi del DNA TLS.

Nonostante condividano somiglianze strutturali, le polimerasi della famiglia Y differiscono dalle polimerasi replicative in alcuni modi chiave che consentono loro di eseguire la TLS. Le polimerasi della famiglia Y mancano del dominio intrinseco di esonucleasi da 3′ a 5 ′ delle DNA polimerasi replicative che consente loro di correggere le bozze del filamento appena replicato. Un'altra differenza fondamentale è il sito attivo più grande e più aperto delle polimerasi TLS della famiglia Y che può adattarsi a basi voluminose, chimicamente modificate, comprese le basi legate covalentemente in un dimero timina-timina.

Durante la sintesi del DNA TLS, la polimerasi TLS deve estendere il filamento oltre l'inserzione attraverso il sito danneggiato. Se la polimerasi replicativa viene ripristinata subito dopo che la polimerasi TLS ha inserito una base, l'attività di correzione di bozze dell'esonucleasi da 3' a 5' della polimerasi replicativa riconoscerà e rimuoverà la base inserita. La lunghezza dell'estensione da parte della polimerasi TLS dipende dal percorso seguito. Per una via non mutagena, il numero di inserzioni può essere 5, mentre per una via frameshift, l'inserimento sarà lungo 4 nucleotidi.

Durante la replicazione, una sliding clamp, che è una subunità beta nei batteri, o Proliferating Cell Nuclear Antigen-PCNA-negli eucarioti, velocizza la reazione della polimerasi sul DNA mentre si muove lungo il filamento, catalizzando la nuova sintesi di DNA. Quando questa polimerasi replicativa viene bloccata su una base o regione danneggiata, alcuni enzimi specializzati modificano covalentemente la sliding clamp, mediante l'aggiunta di ubiquitina, o proteine SUMO. La modifica innesca il rilascio della polimerasi replicativa e il reclutamento di una polimerasi speciale, chiamata DNA polimerasi translesionale o TLS polimerasi, nel sito danneggiato attraverso interazioni con le clamp.

Successivamente, la TLS polimerasi inserisce un nucleotide attraverso il sito danneggiato in un processo chiamato sintesi di DNA di traslazione. Una volta che la catena nascente del DNA si è estesa oltre la lesione, la modifica chimica viene staccata dalla clamp, e la TLS polimerasi viene sostituita dalla polimerasi replicativa de DNA. Con il legame della polimerasi replicativa, riprende la replicazione accurata del DNA.

A differenza della riparazione di danni, non avviene alcuna modifica alla sequenza di DNA originale e il danno, o lesione, sarà ancora presente nel DNA. Quindi il fenomeno è descritto come tolleranza al danno. Durante la replicazione, mentre alcune polimerasi TLS possono aggiungere i nucleotidi corretti al nuovo filamento, per caso, altre possono essere soggette ad errori che danno luogo a mutazioni.

Il tipo di lesione determina spesso la precisione della polimerasi. Per esempio, dove l'errore è in sito abasico, non vi sono informazioni codificanti per la polimerasi per aggiungere il nucleotide corretto durante la replicazione. Negli archaea, la polimerasi Dpo4 aggiunge preferenzialmente un'adenina di fronte ad un sito abasico, ma altre polimerasi possono correggere lesioni simili in modi diversi.