Topoisomerase o que são, características, funções, tipos

As Totoisomerase Eles são um tipo de enzimas isômetros que modificam a topologia do ácido desoxirribonucléico (DNA), gerando tanto o seu desenrolamento quanto o enrolamento e a sobreposição.

Essas enzimas têm um papel específico no alívio da tensão torcional no DNA para que esses processos importantes possam ocorrer, a transcrição do DNA no ácido ribonucleico do mensageiro (RNAM) e a recombinação do DNA.

Topoisomerase II, Wikimedia Commons

As enzimas topoisomerase estão presentes em células eucarióticas e células procarióticas. Sua existência foi prevista pelos cientistas Watson e Crick, ao avaliar as limitações que a estrutura de DNA apresentou para permitir o acesso às suas informações (armazenadas em sua sequência nucleotídica).

Para entender as funções da topoisomerase, deve -se considerar que o DNA tem uma estrutura estável de hélice dupla, com suas correntes roladas uma no outro.

Essas cadeias lineares são constituídas por 2-Dechexiribosas vinculadas por 5'-3 'fosfodi-foser.

O estudo topológico das moléculas de DNA mostrou que elas podem assumir várias conformações dependentes de sua tensão de torção: de um estado relaxado, a diferentes estados de inscrição que permitem sua compactação.

As moléculas de DNA com diferentes conformações são chamadas de topoisômeros. Assim, podemos concluir que as topoisomerases I e II podem aumentar ou diminuir a tensão da torção de moléculas de DNA, formando seus diferentes topoisômeros.

Entre os possíveis topoisômeros do DNA, a conformação mais comum é a de SuperStrane, que é muito compacta. No entanto, a hélice dupla de DNA também deve ser despedida pelas topoisomerases durante vários processos moleculares.

Caracteristicas

Mecanismo de ação geral

Algumas topoisomerases podem relaxar apenas a substituição negativa do DNA, ou ambos os superstrans do DNA: positivo e negativo.

Se o DNA dinâmico circular se desenrola em seu eixo longitudinal e um retorno de Levogira (na direção das agulhas do relógio), diz -se que está se sobrepondo negativamente. Se o retorno for dextrogyral (ao contrário das agulhas do relógio), ele está positivamente sobrecarregado.

O falante circular circular de DNA negativamente, relaxado e positivamente oprimido. Fonte: FDARDEL [CC BY-SA 4.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenças/BY-SA/4.0)], da Wikimedia Commons

Basicamente, as topoisomerases podem:

-Facilitar a passagem de uma fita de DNA através de um corte na fita oposta (topoisomerase tipo I).

-Facilitar a passagem de uma hélice dupla completa através de uma divisão em si, ou através de uma divisão em uma hélice dupla diferente (topoisomerase tipo II).

Em resumo, a topoisomerase atua através da divisão de links de fosfodiéster, em um ou nos dois fios que compõem o DNA. Em seguida, eles modificam o estado de rolamento dos fios de uma hélice dupla (molemomerase totoisomerase) ou duas hélices duplas (molemomerase II), para finalmente amarrar novamente ou ligar as extremidades divididas.

Topoisomerase e ciclo celular

Embora a topoisomerase I seja uma enzima que tenha a maior atividade durante a fase S (síntese de DNA), ela não é considerada dependente de uma fase de ciclo celular.

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Enquanto a atividade da topoisomerase II é mais ativa durante a fase logarítmica do crescimento celular e as células de crescimento rápido.

Funções

A alteração dos genes que codificam. Entre os processos em que a Topoisomerase participa, estão:

Armazenamento compacto de material genético

As topoisomerases facilitam o armazenamento de informações genéticas compactas, porque geram o rolamento e a sobreposição do DNA, permitindo que uma grande quantidade de informações esteja em um volume relativamente pequeno.

Acesso a informações genéticas

Se não houver topoisomerase e suas características únicas, o acesso a informações armazenadas no DNA seria impossível. Isso se deve ao fato de que a Topoisomerase libera periodicamente a tensão devido à torção que é gerada na hélice de DNA duplo, durante seus processos de desenrolamento, nos processos de replicação, transcrição e recombinação.

Se a tensão devido à torção gerada durante esses processos não for liberada, uma expressão gênica defeituosa poderá ocorrer, a interrupção do DNA ou cromossomo circular, até produzindo morte celular.

Regulação da expressão gênica

As mudanças conformacionais (na estrutura tridimensional) da molécula de DNA, expõem regiões específicas, que podem interagir com proteínas de DNA. Essas proteínas têm uma função reguladora da expressão genética (positiva ou negativa).

Expressão genética proteína reguladora. Wikimedia Commons

Assim, o estado rolante do DNA, gerado pela ação das topoisomerases, afeta a regulação da expressão genética.

Particularidades da topoisomerase II

A topoisomerase II é necessária para a montagem de cromatídeos, condensação e cromossomos e segregação de filhas de DNA durante a miose durante a miitose.

Esta enzima também é uma proteína estrutural e um dos principais constituintes da matriz do núcleo celular durante a interface.

Tipos de topoisomerase

Existem dois tipos principais de topoisomerases, dependendo se são capazes de dividir uma ou duas cadeias de DNA.

-Totoisomerase tipo i

Monomérico                 

Topoisomerase tipo I são monômeros que aliviam a substituição negativa e positiva, que são produzidos pelo movimento do garfo durante a transcrição e durante os processos de replicação e recombinação de genes.

As topoisomerases do tipo I podem ser subdivididas em tipo 1a e tipo 1b. Estes últimos são os encontrados em humanos e são responsáveis ​​por relaxar o DNA de visão geral.

Tirosina em seu lugar ativo

Topoisomerase 1b (TOP1B) é composta por 765 aminoácidos divididos em 4 domínios específicos. Um desses domínios possui uma área altamente preservada que contém o local ativo com tirosina (Tyr7233). Toda topoisomerase presente em seu site ativo uma tirosina com um papel fundamental em todo o processo catalítico.

Mecanismo de ação

A tirosina do local ativo forma uma ligação covalente com a extremidade de 3'-fosfato da cadeia de DNA, cortando-a e mantendo-a juntamente com a enzima, enquanto outra fita de DNA passa pela divisão.

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A passagem da outra fita de DNA através da fita dividida é alcançada graças a uma transformação conformacional da enzima, que produz a abertura da dupla hélice do DNA.

Então a topoisomerase I retorno à sua conformação inicial e liga novamente as pontas divididas. Isso ocorre devido a um processo inverso à ruptura da cadeia de DNA, no local catalítico da enzima. Finalmente, a topoisomerase libera o fio de DNA.

A taxa de ligação do DNA é maior que a taxa de divisão, o que garante a estabilidade da molécula e a integridade do genoma.

Em resumo, a topoisomerase do tipo I:

1. A divisão de um fio.
2. A passagem da outra fita através da divisão.
3. A ligação das extremidades divididas.

-Tipo II Tooisomerase

Obscuro

Topoisomerases do tipo II são enzimas diméricas, que são divididas.

Mg dependente⁺⁺ e ATP

Essas enzimas precisam de magnésio (mg⁺⁺) E eles também precisam da energia proveniente da ruptura do link de trifosfato ATP, que aproveita agradecimento a uma ATPase.

Dois sites ativos com tirosina

Topoisomerases humanas são muito semelhantes às de leveduras (Saccharomyces cerevisiae), que é composto por dois monômeros (subfragamentos A e B). Cada monômero apresenta um domínio ATPASA e, em um subfragamento, o local ativo Tyrosine 782, ao qual o DNA pode ser unido. Portanto, dois fios de DNA podem ser unidos à topoisomerase II.

Mecanismo de ação

O mecanismo de ação da topoisomerase II é igual ao descrito para topoisomease I, considerando que duas cadeias de DNA são divididas e não apenas uma.

No local ativo da topoisomerase II, é estabilizado (através de uma união covalente com tirosina) um fragmento de hélice dupla de DNA, chamado "fragmento g". Este fragmento é dividido e mantido juntos no local ativo por ligações covalentes.

Então, a enzima permite que outro fragmento de DNA, chamado "fragmento t", passe pelo fragmento "G", graças a uma mudança conformacional da enzima, que depende da hidrólise de ATP.

A Liga Topoisomerase II as duas extremidades do "G Fragment" e finalmente recupera seu estado inicial, liberando o fragmento "G". Em seguida, o DNA relaxa a tensão de torção, permitindo que os processos de replicação e transcrição ocorram.

-Topoisomerase humana

O genoma humano possui cinco topoisomerase: TOP1, TOP3α, TOP3β (do tipo I); e TOP2α, TOP2β (tipo II). As topoisomerases humanas mais relevantes são TOP1 (TOPOISOMERASE TIPO IB) e 2α (Topoisomerase tipo II).

Inibidores da topoisomerase

-Topoisomerase como um objetivo de ataque químico

Como os processos catalisados ​​pelas topoisomerases são necessários para a sobrevivência das células, essas enzimas são um bom ataque branco para afetar células malignas. Portanto, a topoisomerase é considerada importante no tratamento de muitas doenças humanas.

Os medicamentos que interagem com a topoisomerase são atualmente muito estudados como substâncias quimioterapêuticas contra células cancerígenas (em diferentes órgãos do corpo) e microorganismos patogênicos.

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-Tipos de inibição

Os medicamentos inibitórios da atividade da topoisomerase podem:

• DNA intercala.
• Afetar a enzima totoisomerase.
• Intercala em uma molécula próxima ao local ativo da enzima, enquanto o complexo de DNA-topoisomerase é estabilizado.

A estabilização do complexo transitório formado pela união do DNA à tirosina do local catalítico da enzima impede a união dos fragmentos divididos, o que pode levar à morte celular.

-Inibidores de topoisomerase de drogas

Entre os compostos que inibem a topoisomerase, estão os seguintes.

Antibióticos antitumorais

Antibióticos são usados ​​contra o câncer, pois impedem o crescimento de células tumorais, geralmente interferindo com seu DNA. Eles geralmente são chamados de antibióticos antineoplásicos (contra o câncer). A actinomicina D, por exemplo, afeta a totoisomerase II e é usada em tumores de Wilms em crianças e em rabdomiosarcomas.

Antraciclinas

As antraciclinas são, entre antibióticos, dos medicamentos anti -câncer mais eficazes e espectro mais amplo. Eles são usados ​​no tratamento de câncer de pulmão, ovários, útero, estômago, bexiga, mama, leucemia e linfomas. Sabe -se que ele afeta a topoisomerase II por intercalação no DNA.

A primeira antraciclina isolada de uma actinobactéria (Streptomyces Peucetius) Era a daunorrubicina. Posteriormente, a doxorrubicina foi sintetizada em laboratório, e a epirrubicina também é usada e idarubicina.

Antraquinonas

Antraquinonas ou antracenados são compostos derivados do antraceno, semelhante às antraciclinas, que afetam a atividade da topoisomerase II por intercalação no DNA. Eles são usados ​​para câncer de mama metastático, linfoma não -hodgkiniano (LNH) e leucemia.

Essas drogas foram encontradas nos pigmentos de alguns insetos, plantas (Flowula, Sen, Rhibarb), líquenes e fungos; bem como em La Hoelita, que é um mineral natural. Dependendo da sua dose, eles podem ser carcinogênicos.

Entre esses compostos, temos mythoxantrona e seu análogo The Losxantrona. Eles impedem a proliferação de células tumorais malignas, juntando -se a DNA irreversivelmente.

Epidofilotoxinas

Podofilotoxinas, como epidofilotoxinas (VP-16) e teniposídeo (VM-26), formam um complexo com topoisomerase II. Eles são usados ​​contra pulmão, câncer testicular, leucemia, linfomas, câncer de ovário, carcinoma de mama e tumores intracranianos malignos, entre outros. São isolados de plantas Podophyllum notatum e P. Peltatum.

Análogos de Camptotecinas

Campotecinas são compostos que inibem a topoisomerase I, e entre elas estão o irinotecano, a topote.

Esses compostos foram usados ​​contra o cólon, o pulmão e o câncer de mama e são obtidos naturalmente da crosta e das folhas das espécies de árvores Camptotheca Accuminata dos chineses e tibetos cornaciosos.

Inibição natural

Alterações estruturais das topoisomerases I e II também podem ocorrer de uma maneira completamente natural. Isso pode acontecer durante alguns eventos que afetam seu processo catalítico.

Entre essas alterações, a formação de diâmetros de pirimidina, incompatibilidade de bases de nitrogênio e outros eventos causados ​​por estresse oxidativo pode ser citado.

Referências

1. Liu, l. F. (1994). DNA topoisomerase: drogas direcionadas à topoisomerase. Academic Press. pp 307
2. Oshoff, n. e Bjorsti, M. (2001). DNA topoisomerase. Enzimologia e drogas. Vol. Ii. Imprensa humana. Pp 329.