RecA

RecA është një proteinë 38 kilodalton thelbësore për riparimin dhe mirëmbajtjen e ADN-së. Një homolog strukturor dhe funksional RecA gjendet në çdo specie në të cilën një është kërkuar seriozisht dhe shërben si një prototip për këtë klasë të proteinave homologe të riparimit të ADN-së. Proteina homologe quhet RAD51 në eukariotë dhe RadA në arkea.

RecA ka funksione të shumta, të cilat lidhen me riparimin e ADN-së. Në përgjigjen bakteriale SOS, ai ka një funksion të bashkë-proteazës në copëtimin autokatalitik të shtypësit LexA dhe represorit λらむだ.

Procesi i kërkimit shkakton shtrirjen e dupleksit të ADN-së, i cili rrit njohjen e plotësimit të sekuencës (një mekanizëm i quajtur korrigjim konformues. Reagimi fillon shkëmbimin e fijeve midis dy helikave të dyfishta të rikombinimit të ADN-së. Pas ngjarjes së sinapizës, në rajonin heteroduplex fillon një proces i quajtur migrimi i degës. Në migrimin e degës, një rajon i çiftuar i njërës prej fijeve të vetme zhvendos një rajon të çiftuar të fillesë tjetër të vetme, duke lëvizur pikën e degës pa ndryshuar numrin e përgjithshëm të çifteve bazë. Migrimi spontan i degës mund të ndodhë, megjithëse zakonisht zhvillohet në mënyrë të barabartë në të dy drejtimet nuk ka gjasa të përfundojë rikombinimin në mënyrë efikase.Proteina RecA katalizon migrimin njëdrejtimtar të degës dhe duke bërë kështu bën të mundur përfundimin e rekombinimit, duke prodhuar një rajon të ADN-së heterodupleks që është i gjatë me mijëra çifte bazash.

Procesi i kërkimit shkakton shtrirjen e dupleksit të ADN-së, i cili rrit njohjen e plotësimit të sekuencës (një mekanizëm i quajtur korrigjim konformues . Reagimi fillon shkëmbimin e fijeve midis dy helikave të dyfishta të rikombinimit të ADN-së. Pas ngjarjes së sinapizës, në rajonin heteroduplex fillon një proces i quajtur migrimi i degës. Në migrimin e degës, një rajon i çiftuar i njërës prej fijeve të vetme zhvendos një rajon të çiftuar të fillesë tjetër të vetme, duke lëvizur pikën e degës pa ndryshuar numrin e përgjithshëm të çifteve bazë. Migrimi spontan i degës mund të ndodhë, megjithëse zakonisht zhvillohet në mënyrë të barabartë në të dy drejtimet nuk ka gjasa të përfundojë rikombinimin në mënyrë efikase. Proteina RecA katalizon migrimin njëdrejtimtar të degës dhe duke bërë kështu bën të mundur përfundimin e rekombinimit, duke prodhuar një rajon të ADN-së heteroduplex që është i gjatë me mijëra çifte bazash.

Meqenëse është një ATPaza e varur nga ADN-ja, RecA përmban një vend shtesë për lidhjen dhe hidrolizimin e ATP-së. RecA shoqërohet më ngushtë me ADN kur ka lidhje ATP sesa kur ka lidhje ADP.

Në Escherichia coli, ngjarjet homologe të rekombinimit të ndërmjetësuara nga RecA mund të ndodhin gjatë periudhës pas replikimit të ADN-së kur lokuset motra qëndrojnë afër. RecA gjithashtu mund të ndërmjetësojë në çiftimin homologjik, rikombinimin homolog dhe riparimin e thyerjes së ADN-së midis lokuseve të motrës së largët që ishin veçuar në gjysmën e kundërt të qelizës E. coli.

Shtamet E. coli të mangëta në RecA janë të dobishme për procedurat e klonimit në laboratorët e biologjisë molekulare. Shtamet e E. coli shpesh modifikohen gjenetikisht për të përmbajtur një alel recA mutant dhe në këtë mënyrë sigurojnë stabilitetin e segmenteve ekstrakromozomale të ADN-së, të njohur si plazmide. Në një proces të quajtur transformim, ADN plazmide merret nga bakteret në kushte të ndryshme. Bakteret që përmbajnë plazmide ekzogjene quhen "transformues". Transformuesit mbajnë plazmidin në të gjithë ndarjet qelizore, në mënyrë që të mund të rikuperohet dhe të përdoret në aplikime të tjera. Pa proteinë funksionale RecA, ADN plazmide ekzogjene lihet e pandryshuar nga bakteret. Pastrimi i këtij plazmidi nga kulturat bakteriale atëherë mund të lejojë përforcimin me besnikëri të lartë PCR të sekuencës origjinale të plazmidit.

Potenciali si ilaç

Wigle dhe Singleton në Universitetin e Karolinës së Veriut kanë treguar se molekulat e vogla që ndërhyjnë në funksionin RecA në qelizë mund të jenë të dobishme në krijimin e barnave të reja antibiotike. Meqenëse shumë antibiotikë çojnë në dëmtim të ADN-së dhe të gjitha bakteret mbështeten te RecA për të rregulluar këtë dëmtim, frenuesit e RecA mund të përdoren për të rritur toksicitetin e antibiotikëve. Për më tepër, aktivitetet e RecA janë sinonim i zhvillimit të rezistencës ndaj antibiotikëve, dhe frenuesit e RecA mund të shërbejnë gjithashtu për të vonuar ose parandaluar shfaqjen e rezistencës së ilaçeve bakteriale.

Roli i RecA në transformimin natyror

Bazuar në analizën e vetive molekulare të sistemit RecA, Cox arriti në përfundimin se të dhënat "ofrojnë prova bindëse se misioni kryesor i proteinave RecA është riparimi i ADN-së." Në një ese të mëtejshme mbi funksionimin e proteinës RecA, Cox përmblodhi të dhëna që demonstrojnë se "Proteina RecA evoluoi si përbërësi qendror i një sistemi riparimi rekombinacional të ADN-së, me gjenerimin e larmisë gjenetike si një nënprodukt ndonjëherë i dobishëm".

Transformimi bakterial natyror përfshin transferimin e ADN-së nga një bakter në tjetrin (zakonisht të së njëjtës specie) dhe integrimin e ADN-së së dhuruesit në kromozomin marrës nga rekombinimi homolog, një proces i ndërmjetësuar nga proteina RecA (shih Transformimi (gjenetikë)). Transformimi, në të cilin RecA luan një rol qendror, varet nga shprehja e produkteve të shumta shtesë të gjeneve (p.sh. rreth 40 produkte gjenesh në Bacillus subtilis) që bashkëveprojnë posaçërisht për të kryer këtë proces duke treguar që është një adaptim i evoluar për transferimin e ADN-së. Në B. subtilis gjatësia e ADN-së së transferuar mund të jetë aq e madhe sa një e treta dhe deri në madhësinë e kromozomit të tërë. Në mënyrë që një bakter të lidhet, të marrë dhe të rikombinojë ADN ekzogjene në kromozomin e tij, së pari duhet të hyjë në një gjendje të veçantë fiziologjike të quajtur "kompetencë" (shih kompetencën natyrore). Transformimi është i zakonshëm në botën prokariote dhe deri më tani 67 specie dihet se janë kompetente për transformim.

Një nga sistemet më të studiuara të transformimit është ai i B. subtilis. Në këtë bakter, proteina RecA ndërvepron me ADN-në e një fillesë hyrëse (ssDNA) për të formuar struktura filamentoze goditëse. Këto filamente RecA / ssDNA burojnë nga poli qelizor që përmban makinerinë e kompetencës dhe shtrihen në citosol. Fijet filamentoze RecA / ssDNA konsiderohen të jenë nukleofilamente dinamike që skanojnë kromozomin rezident për rajone të homologjisë. Ky proces sjell ADN-në hyrëse në vendin përkatës në kromozomin B. subtilis ku ndodh shkëmbimi informativ.

Michod etj. kanë rishikuar provat se transformimi i ndërmjetësuar nga RecA është një adaptim për riparimin homolog rikombinues të dëmtimit të ADN-së në B. subtilis, si dhe në disa specie të tjera bakteriale (d.m.th. Neisseria gonorrhoeae, Hemophilus influenzae, Streptococcus pneumoniae, Streptococcus mutans dhe Helicobacter pylori). Në rastin e specieve patogjene që infektojnë njerëzit, u propozua që riparimi i dëmtimeve të ADN-së ndërmjetësuar nga RecA mund të jetë me përfitim thelbësor kur këto baktere sfidohen nga mbrojtja oksiduese e nikoqirit të tyre.