ADN monocatenar multicopie ( msDNA ) este un tip de ADN satelit extracromozomial , constând dintr-o moleculă de ADN monocatenar legată covalent printr-o legătură 2'-5' fosfodiester la guanozina internă a moleculei de ARN . Himera ADN/ARN rezultată are două bucle de tulpină conectate printr-o ramură similară cu cele găsite în intermediarii de splicing ARN . Regiunea de codificare a msDNA, numită „ retron ”, codifică, de asemenea, un tip de revers transcriptază care este necesar pentru sinteza msDNA [2] .
Înainte de descoperirea msDNA în mixobacterii [3] [4] , un grup de bacterii din sol care roiesc, se credea că enzimele cunoscute sub numele de transcriptaze inverse (RT) există doar în eucariote și viruși . Descoperirea a dus la o creștere a explorării zonei. Ca rezultat, msDNA s-a dovedit a fi răspândit printre bacterii, inclusiv diferite tulpini de Escherichia coli și bacterii patogene [5] . Cercetările ulterioare au găsit asemănări între revers transcriptaza codificată de HIV și cadrul deschis de citire (ORF) găsit în regiunea de codificare a msDNA. Testele au confirmat prezența activității transcriptazei inverse în lizatele brute ale tulpinilor care conțin retron [6] . Deși un domeniu de RNază H a fost identificat în mod provizoriu în ORF retron, s-a constatat mai târziu că activitatea RNază H necesară pentru sinteza msDNA a fost de fapt furnizată de gazdă [7] .
Descoperirea msDNA a condus la întrebări mai ample cu privire la originea revers transcriptazei, deoarece genele care codifică reversul transcriptaza (nu neapărat legate de msDNA) au fost găsite la procariote, eucariote, viruși și chiar arhee . După descoperirea unui fragment de ADN care codifică producția de ADNm în E. coli [8] , s-a sugerat că bacteriofagii ar putea fi responsabili pentru introducerea genei RT în E. coli [9] . Aceste descoperiri sugerează că transcriptaza inversă a jucat un rol în evoluția virusurilor din bacterii, o ipoteză afirmând că, cu ajutorul transcriptazei inverse, virușii ar fi putut apărea ca o genă msDNA scindată care a dobândit un înveliș proteic. Deoarece aproape toate genele RT sunt implicate în replicarea retrovirală și/sau mișcarea elementelor transpozabile , este rezonabil să se speculeze că retronii pot fi elemente genetice transpozabile, dar există puține dovezi pentru o astfel de ipoteză, cu excepția faptului observat că msDNA este distribuit pe scară largă, dar sporadic între speciile bacteriene, ceea ce indică atât transfer orizontal, cât și vertical [10] [11] [12] . Deoarece nu se știe dacă secvențele retroni în sine reprezintă elemente transpozabile, retronii sunt definiți funcțional prin capacitatea lor de a produce msDNA evitând în mod deliberat speculațiile despre alte activități posibile.
Funcția msDNA rămâne necunoscută, chiar dacă multe copii sunt prezente în celule. Mutațiile knockout care nu exprimă msDNA sunt viabile, astfel încât producția de msDNA nu este necesară pentru viața în laborator. Supraexprimarea msDNA este mutagenă, aparent ca rezultat al titrării proteinelor de reparare cu perechi de baze nepotrivite tipice structurii lor [13] . S-a sugerat că msDNA poate juca un rol în patogenitatea sau adaptarea la condiții stresante [14] . Compararea secvențelor ADNms ale Myxococcus xanthus , Stigmatella aurantiaca [15] și multe alte bacterii [10] [14] a relevat domenii conservate și hipervariabile asemănătoare secvențelor conservate și hipervariabile găsite în moleculele de alo-recunoaștere [16] . MSDNA-urile de bază ale M. xanthus și S. aurantiaca , de exemplu, au 94% omologie de secvență, cu excepția domeniului de 19 bp, care are doar 42% omologie de secvență [1] . Prezența unor astfel de domenii este importantă deoarece mixobacterii prezintă comportamente sociale complexe de cooperare, inclusiv formarea de corp de roire și fructificare, în timp ce E. coli și alte bacterii patogene formează biofilme care prezintă rezistență crescută la antibiotice și detergenți. Durabilitatea adunărilor sociale, care necesită cheltuieli individuale semnificative de energie, depinde de obicei de evoluția mecanismelor de omnisciență care permit grupurilor să se distingă de ceilalți [17] .
Se crede că biosinteza msDNA urmează o cale unică găsită nicăieri în biochimia ADN/ARN. Datorită asemănării joncțiunii de ramificație 2’-5’ cu ramurile găsite în intermediarii de îmbinare a ARN, ne-am aștepta mai întâi ca formarea ramurilor să aibă loc prin ligatura mediată de spliceosome sau ribozimă . În mod surprinzător, totuși, experimentele în sisteme fără celule folosind transcriptază inversă Retron purificată au arătat că sinteza cADN - ului este inițiată direct din grupa 2’-OH a unui reziduu intern specific G al primerului ARN [18] . RT recunoaște structurile specifice stem-loop în ARN-ul precursor, făcând sinteza msDNA asistată de RT foarte specifică pentru propriul său retron [19] . Pregătirea pentru sinteza ADNm provoacă înțelegerea actuală a sintezei ADN-ului. ADN-polimerazele (care includ RT) au caracteristici structurale, ceea ce înseamnă că situsurile lor catalitice active diferă puțin de la specie la specie, sau chiar între ADN-polimerazele care utilizează ADN-ul ca șablon și ADN-polimerazele care folosesc ARN-ul ca matrice. Regiunea catalitică a transcriptazei inverse eucariote constă din trei domenii numite „degete”, „palmă” și „degetul mare”, care țin șablonul de primer dublu catenar în mânerul drept cu 3’-OH al primerului scufundat în situsul activ. a polimerazei [20] , grupează reziduuri acide și polare foarte conservate, situate pe palmă între degetele arătător și mijlociu. În RT-urile eucariote, domeniul RNazei H este situat la încheietura mâinii sub baza degetului mare, dar activitatea RNazei H este absentă în RT-urile retronale. Despicatura de legare a acidului nucleic care se extinde de la situsul activ al polimerazei la locul activ RNază H are o lungime de aproximativ 60 Å în RT eucariote, corespunzând la aproape două spire elicoidale [21] . Când RT eucariotă extinde primerul normal, helixul dublu ADN/ARN în creștere se înfășoară de-a lungul despicăturii și, pe măsură ce helixul dublu trece prin domeniul RNază H, ARN-ul mesager este scindat pentru a elibera catena de ADNc în curs de dezvoltare. Cu toate acestea, dacă primerul msDNA este extins, catena lungă de ARN rămâne atașată la 3’-OH a primerului G. Deși este posibil să se proiecteze un complex șablon RT-primer care ar face 2’-OH disponibil pentru reacția de amorsare [19] , extinderea ulterioară a catenei de ADN este o problemă.: pe măsură ce sinteza ADN-ului progresează, lanțul voluminos de ARN care părăsește 3’-OH trebuie cumva să coboare în spirală în decalajul de legare fără a fi blocat de obstacole sterice . Pentru a rezolva această problemă, transcriptaza inversă msDNA va necesita în mod clar funcții speciale care nu se găsesc în alte RT [13] .
| Tipuri de acizi nucleici | ||||
|---|---|---|---|---|
| Baze azotate | ||||
| Nucleozide | ||||
| Nucleotide | ||||
| ARN | ||||
| ADN | ||||
| Analogii | ||||
| Tipuri de vectori |
| |||
| ||||