miniatura|311x311px|Esquema de l'estructura tridimensional de la proteïna DdrCVaradi, M., Bertoni, D., Magana, P., Paramval, U., Pidruchna, I., Radhakrishnan, M., Tsenkov, M., Nair, S., Mirdita, M., Yeo, J., Kovalevskiy, O., Tunyasuvunakool, K., Laydon, A., Žídek, A., Tomlinson, H., Hariharan, D., Abrahamson, J., Green, T., Jumper, J., Birney, E., … Velankar, S. (2024). AlphaFold Protein Structure Database in 2024: providing structure coverage for over 214 million protein sequences. Nucleic acids research, 52(D1), D368–D375. https://doi.org/10.1093/nar/gkad1011 La proteïna DdrC (sigles de l'anglès DNA Damage Repair and Cell cycle control), codificada pel gen A2G07_003810, és una proteïna implicada en els mecanismes de reparació del dany a l'ADN i en la regulació del cicle cel·lular. Aquesta proteïna juga un paper crucial en la detecció i resposta a lesions en l'ADN, ja sigui activant vies de senyalització que permeten la reparació del material genètic danyat o, en cas de dany irreparable, induint mecanismes com l'apoptosi per mantenir l'estabilitat genòmica. La funció adequada de la DdrC és essencial per prevenir mutacions i mantenir la integritat cel·lular.
La proteïna s'uneix tant a ADN monocatenari com a l'ADN bicatenari, i du a terme activitats com la compactació de fragments d'ADN i l'aparellament de cadenes simples, demostrant així un rol important en la reparació dels danys.Banneville, A. S., Bouthier de la Tour, C., De Bonis, S., Hognon, C., Colletier, J. P., Teulon, J. M., Le Roy, A., Pellequer, J. L., Monari, A., Dehez, F., Confalonieri, F., Servant, P., & Timmins, J. (2022). Structural and functional characterization of DdrC, a novel DNA damage-induced nucleoid associated protein involved in DNA compaction. Nucleic acids research, 50(13), 7680–7696. https://doi.org/10.1093/nar/gkac563
Història miniatura|Dibuix de Deinococcus radiodurans
El descobriment de la proteïna DdrC en el bacteri Deinococcus radiodurans (vegeu la figura: Dibuix de Deinococcus radiodurans) va ser un descobriment significatiu per la comprensió dels mecanismes de reparació d'ADN en organismes extremòfils. Deinococcus radiodurans, conegut per la seva extraordinària resistència a la radiació i a condicions adverses, ha sigut estudiat des de la dècada de 1950, quan la seva capacitat per sobreviure a dosis letals de radiació ionitzant es va convertir en un model de resistència al dany de l'ADN.Cordova, A., Niese, B., Sweet, P., Kamat, P., Phillip, J. M., Gordon, V., & Contreras, L. M. (2024). Quantitative morphological analysis of Deinococcus radiodurans elucidates complex dose-dependent nucleoid condensation during recovery from ionizing radiation. Applied and environmental microbiology, 90(7), e0010824. https://doi.org/10.1128/aem.00108-24
Aquest tret va ser descobert per Arthur W. Anderson a l'Estació experimental Agrícola d'Oregon, a Corvallis. En aquell moment, es feien experiments per determinar si es podien esterilitzar aliments enllaunats utilitzant radiació gamma. D'aquesta manera, es van exposar unes llaunes de carn a una dosi de radiació que, segons es creia, eliminaria qualsevol forma de vida coneguda. Sorprenentment, la carn es va fer malbé i, en una anàlisi posterior, es va descobrir que en algunes llaunes una forma de vida havia sobreviscut a la radiació. Aquesta forma de vida era, de fet, Deinococcus radiodurans.Deinococcus Radiodurans - History. (2022). Liquisearch.com. Recuperat el 4 de novembre de 2024, de https://www.liquisearch.com/deinococcus_radiodurans/history
Actualment, amb l'estudi d'aquests bacteris s'ha pogut observar com la proteïna DdrC, que forma part del proteoma de Deinococcus radiodurans, és ràpidament reclutada cap al nucleoide quan el DNA ha sigut danyat per radiació ionitzant o per dessecació. La transferència horitzonal de gens pot fer que, amb el pas del temps, la proteïna DdrC es vegi codificada cada cop en més bacteris, permetent que hi hagi més bacteris que sobrevisquin a condicions extremes de radiació per selecció natural.Daubin, V., & Szöllősi, G. J. (2016). Horizontal Gene Transfer and the History of Life. Cold Spring Harbor perspectives in biology, 8(4), a018036. https://doi.org/10.1101/cshperspect.a018036
Estructura L'estructura d'aquesta proteïna, que ha sigut resolta mitjançant cristal·lografia de raigs X, revela una conformació predominantment α-helical (vegeu la figura: Esquema dels diferents dominis de la proteïna DdrC), que és una característica estructural típica de moltes proteïnes que intervenen amb processos de l'ADN.Justo, J. A. (2024). La Proteína DdrC: Un Avance en la Reparación del ADN. ¡Quiero Más Ciencia! https://quieromasciencia.com/la-proteina-ddrc-un-avance-en-la-reparacion-del-adn/ Gajiwala, K. S., & Burley, S. K. (2000). Winged helix proteins. Current opinion in structural biology, 10(1), 110–116. https://doi.org/10.1016/s0959-440x(99)00057-3 miniatura|176x176px|Esquema dels diferents dominis de la proteïna DdrCEn particular, el seu extrem N-terminal (NTD) abasta els primers 97 residus de la proteïna (vegeu figura: Estructura esquemàtica de proteïna DdrC) i inclou cinc cadenes β i quatre hèlixs α, que adopten un motiu conegut com a winged-helix-turn-helix (wHTH).Jumper, J., Evans, R., Pritzel, A., Green, T., Figurnov, M., Ronneberger, O., Tunyasuvunakool, K., Bates, R., Žídek, A., Potapenko, A., Bridgland, A., Meyer, C., Kohl, S. A. A., Ballard, A. J., Cowie, A., Romera-Paredes, B., Nikolov, S., Jain, R., Adler, J., Back, T., … Hassabis, D. (2021). Highly accurate protein structure prediction with AlphaFold. Nature, 596(7873), 583–589. https://doi.org/10.1038/s41586-021-03819-2
El motiu helix-turn-helix (HTH) és una estructura comuna en proteïnes que s'uneixen a l'ADN. En el cas de DdrC, el (wHTH) inclou una "ala" addicional formada per un petit bucle o una cadena β que està associada al domini principal, la qual cosa és fonamental per a la capacitat de DdrC de reconèixer l'ADN i li confereix un contacte més específic.Zlotnick, A., & Brenner, S. L. (1989). An alpha-helical peptide model for electrostatic interactions of proteins with DNA. The N terminus of RecA. Journal of molecular biology, 209(3), 447–457. https://doi.org/10.1016/0022-2836(89)90009-0
Una característica única del NTD de DdrC és que, tot i que el motiu wHTH en altres proteïnes té típicament una càrrega positiva per unir-se a l'ADN,Teichmann, M., Dumay-Odelot, H., & Fribourg, S. (2012). Structural and functional aspects of winged-helix domains at the core of transcription initiation complexes. Transcription, 3(1), 2–7. https://doi.org/10.4161/trns.3.1.18917 en el NTD de DdrC es mostra una càrrega negativa a la seva superfície. Aquesta càrrega negativa podria inhibir la unió directa de DdrC a l'ADN, suggerint que pot ser regulada per altres factors o necessitar una interacció amb altres proteïnes per activar la seva funció.
Lextrem C-terminal de DdrC, que s'estén dels residus 126 al 231 (vegeu figura: Estructura esquemàtica de proteïna DdrC), està format per un feix de quatre hèlixs α que constitueixen una estructura capaç d'interactuar amb l'ADN. Aquesta interacció és facilitada per la presència d'aminoàcids bàsics com la lisina, l'arginina i la histidina, els quals tenen càrrega positiva. Aquesta càrrega els permet unir-se a l'ADN, que és de càrrega negativa a causa dels grups fosfats de la seva columna vertebral.
Els dominis N-terminal i C-terminal estan connectats per una regió d'enllaç que inclou els residus 98-125 (vegeu la figura: Estructura esquemàtica de proteïna DdrC), la qual abasta l'hèlix α5 i la part N-terminal de l'hèlix α6 (denominada α6a).Szabla, R., Li, M., Warner, V., Song, Y., & Junop, M. (2024). DdrC, a unique DNA repair factor from D. radiodurans, senses and stabilizes DNA breaks through a novel lesion-recognition mechanism. Nucleic acids research, 52(15), 9282–9302. https://doi.org/10.1093/nar/gkae635
A més, la proteïna es plega formant homodímers asimètrics intercanviats, compostos per dues cadenes: A i B. En la cadena A es mostra una hèlix α8 desordenada i una hèlix α6 llarga i contínua. En canvi, en la cadena B, es mostra una cadena hèlix α6 distorsionada i és dividida en dues parts (α6a i α6b) per facilitar l'intercanvi de dominis. Aquest fet inusual li permet tenir una major versatilitat en la seva interacció amb l'ADN. miniatura|377x377px|Estructura esquemàtica de la proteïna DdrC |centerQuan les dues còpies de la proteïna s'uneixen, combinen i comparteixen parts de les seves estructures per formar un complex més estable. Això també augmenta la seva capacitat per reconèixer i unir-se a l'ADN danyat. En aquest dímer, la interfície d'unió s'estabilitza mitjançant 23 ponts d'hidrogen i 10 ponts salins. Aquesta configuració és poc comuna en comparació amb altres proteïnes, fet que subratlla la singularitat de DdrC.
Estructura a nivell funcional A nivell funcional, DdrC presenta dos llocs asimètrics de fixació a l'ADN, cadascun amb una afinitat específica tant per ADN monocatenari (ssDNA) com per ADN bicatenari (dsDNA) permeten la unió de la proteïna a trossos d'ADN trencats per estabilitzar-los i evitar que enzims degradin aquest ADN.
Concretament, la regió més afí a l'ADN monocatenari (ssDNA) és la winged-helix-turn-helix (wHTH) trobada a l'extrem N-terminal, que atesa la seva flexibilitat, pot reconèixer i unir-se de manera més fàcil a regions d'ADN monocatenari mitjançant ponts d'hidrogen i interaccions electroestàtiques amb els grups fosfat de l'ADN.
En el cas de l'ADN bicatenari, l'única regió de DdrC que intervé en la unió és la zona C-terminal, que conté hèlixs α. Aquestes hèlixs s'uneixen a les dues cadenes de l'ADN bicatenari mitjançant interaccions electroestàtiques i ponts d'hidrogen amb els grups fosfat de l'ADN.
Així, DdrC exerceix un paper fonamental en la preservació de la integritat estructural del nucleoide, especialment després de danys massius al genoma.
Unió amb l'ADN En l'estudi estructural de DdrC, es van identificar quatre punts principals de contacte entre el dímer de DdrC i l'ADN. Aquests punts es localitzen principalment a la cadena A de DdrC, que interactua més intensament amb l'ADN que la cadena B. Les interaccions es distribueixen entre els dominis NTD i CTD de DdrC, amb diversos residus carregats positivament implicats en els punts de contacte.
El primer punt de contacte es troba a la forquilla β N-terminal, abans del motiu wHTH al NTD, mentre que el segon punt de contacte està a l'hèlix α4, amb una interacció significativa d'Arg81. El tercer i quart punt de contacte es localitzen al CTD, amb implicació dels residus Arg142 i Gln146 de l'hèlix α7, i tres residus carregats positivament (Lys158, Arg164, i Arg167) a la regió flexible entre les hèlix α7 i α9.
Cada cara del dímer DdrC interactua amb un ADN a través de diversos punts de contacte, però, degut a l'asimetria intrínseca del dímer, les superfícies de contacte són distintes.Pabo, C. O., & Sauer, R. T. (1984). Protein-DNA recognition. Annual review of biochemistry, 53, 293–321. https://doi.org/10.1146/annurev.bi.53.070184.001453
DdrC com a mecanisme de protecció de l'ADN