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6.10:

DNA Topoisomerases

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DNA Topoisomerases

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O desenrolar da DNA dupla hélice durante a replicação resulta em enrolamento excessivo em regiões antes da replicação garfo. Além disso, o enrolamento excessivo pode ocorrer quando o DNA volta em si mesmo devido à incapacidade dos termais do DNA de girar livremente para aliviar o estresse torsional. Esta torção inibe mais o desenrolar do DNA, impedindo processos vitais da célula, como a replicação do DNA.Para tratar deste problema do enrolamento, As células têm as enzimas conhecidas como toposisomerases que têm a atividade da nucleasse e da ligase. Isto é, estas enzimas reversivelmente quebram então reconectam as ligações do fosfodiéster no DNA para remover a tensão torsional no DNA excessivamente enrolado. As Toposisomerases caem em duas categorias.Toposisomerases tipo I são ATP-independentes e atuam cortando uma ligação entre nucleotídeos em uma única vertente de DNA fita-dupla. A fita de DNA não quebrada é então passada através da lacuna na tira quebrada na cavidade superior da enzima. Finalmente, a enzima liga as extremidades quebradas das vertentes do DNA Juntas de volta e produz uma molécula de DNA localmente relaxada.As toposisomerases do tipo II, por outro lado, são ATP-dependentes e agem no DNA excessivamente enrolado onde o DNA é emaranhado em torno de si mesmo. A enzima cria uma quebra dupla de fita em um loop do DNA de dupla hélice antes de ajudar o loop não quebrado a passar por esta rutura através de uma reação ATP-dependente. Então, usando a energia de um segundo ATP, a Toposisomerase tipo II ressela as extremidades vertentes quebradas do DNA e finalmente se separa do DNA, deixando um DNA fora do ângulo.

6.10:

DNA Topoisomerases

As topoisomerases são enzimas que relaxam moléculas de DNA superenroladas durante vários processos celulares, incluindo replicação e transcrição do DNA. Estas enzimas regulam o superenrolamento positivo e negativo do DNA sem alterar a sequência de nucleótidos. O superenrolamento de DNA no sentido do relógio resulta em DNA superenrolado positivamente, enquanto que o subenrolamento no sentido anti-relógio produz DNA superenrolado negativamente.

Tipos e Mecanismos de ação

As topoisomerases estão divididas em dois tipos principais.  As topoisomerases do Tipo I atuam sobre uma cadeia de DNA de cadeia dupla, e estão divididas em três categorias: IA, IB, e IC.  O Tipo IA forma uma ligação covalente com a extremidade 5' da cadeia de DNA clivada e remove superenrolamentos negativos. Cria uma abertura de cadeia simples pela qual a cadeia oposta pode passar, resultando em uma molécula de DNA não emaranhada localmente. O Tipo IB forma uma ligação covalente com a extremidade 3' da cadeia de DNA quebrada e pode relaxar tanto positiva como negativamente DNA superenrolado. A enzima roda a cadeia simples cortada em torno da cadeia oposta, desenrolando o DNA no processo.  O Tipo IC é principalmente encontrado em arquéias e tem um mecanismo semelhante ao tipo IB.  A maioria das topoisomerases do Tipo I não requer ATP para relaxar DNA superenrolado. Com excepção da girase reversa, este tipo único de toposisomerase IA requer ATP e gera superenrolamentos positivos de DNA em vez de os desenrolar.

As topoisomerases do Tipo II são enzimas dependentes de ATP que cortam ambas as cadeias de uma hélice dupla de DNA. Elas estão divididas em dois subtipos, Tipo IIA e Tipo IIB. Estes subtipos são distinguidos pela sua estrutura e localização dos seus domínios proteicos. Ambos os subtipos têm mecanismos semelhantes; eles transferem um laço de DNA superenrolado intacto através da cadeia dupla quebrada, desembaraçando assim o enrolamento por um laço. A girase bacteriana, que pertence às topoisomerases do Tipo IIA, pode introduzir superenrolamento negativo no DNA e, portanto, é diferente de todas as outras topoisomerases conhecidas.  

Suggested Reading

  1. Deweese, Joseph E., Michael A. Osheroff, and Neil Osheroff. "DNA topology and topoisomerases: teaching a “knotty” subject." Biochemistry and Molecular Biology Education 37, no. 1 (2009): 2-10.
  2. Baker, Nicole M., Rakhi Rajan, and Alfonso Mondragon. "Structural studies of type I topoisomerases." Nucleic Acids Research 37, no. 3 (2008): 693-701.
  3. Pommier, Yves, Elisabetta Leo, HongLiang Zhang, and Christophe Marchand. "DNA Topoisomerases and Their Poisoning by Anticancer and Antibacterial Drugs." Chemistry & Biology 17, no. 5 (2010): 421-433.
  4. Bush, Natassja G., Monica Agarwal, Sara R. Henderson, Nidda F. Waraich, and Anthony Maxwell. "DNA in a twist? How topoisomerases solve topological problems in DNA." The Biochemist 40 (2018): 26-31.
  5. Li, Zhiyu, Alfonso Mondragón, and Russell J. DiGate. "The mechanism of type IA topoisomerase-mediated DNA topological transformations." Molecular Cell 7, no. 2 (2001): 301-307.