Le proteine SSB o proteina DNA binding single band (dall'inglese " s inguine s trand DNA b inding protein") sono proteine responsabili di stabilizzare, proteggere e mantenere transitoriamente una singola banda di DNA ottenuta dalla separazione del DNA duplex banda per azione delle proteine elicasi.
L'informazione genetica di un organismo è protetta e codificata sotto forma di DNA a doppia banda. Affinché possa essere tradotto e replicato, deve essere sciolto e spaiato, ed è in questo processo che partecipano le proteine SSB.
Frammento da 32 kDa (RPA32) di una subunità della proteina di replicazione A (Fonte: Jawahar Swaminathan e personale MSD presso l'European Bioinformatics Institute tramite Wikimedia Commons)
Queste proteine si legano in modo cooperativo con altri diversi monomeri che partecipano alla stabilizzazione del loro DNA e si trovano sia nei procarioti che negli eucarioti.
Le proteine Escherichia coli SSB (EcSSB) sono state le prime proteine di questo tipo ad essere descritte. Questi sono stati caratterizzati funzionalmente e strutturalmente e sin dalla loro scoperta sono stati utilizzati come modello di studio per questa classe di proteine.
Gli organismi eucariotici possiedono proteine simili alle proteine SSB dei batteri, ma negli eucarioti queste sono note come proteine RPA o proteine di replicazione A (proteina di replicazione A) che sono funzionalmente simili agli SSB.
Dalla sua scoperta, la modellazione biochimico-funzionale computazionale è stata utilizzata per studiare le interazioni tra proteine SSB e DNA a filamento singolo al fine di chiarire il loro ruolo nei processi essenziali del genoma di diversi organismi.
caratteristiche
Questi tipi di proteine si trovano in tutti i regni della vita e sebbene condividano le stesse proprietà funzionali, sono strutturalmente differenti, soprattutto in termini di cambiamenti conformazionali, che sembrano essere specifici per ogni tipo di proteina SSB.
È stato scoperto che tutte queste proteine condividono un dominio conservato che è coinvolto nel legame al DNA a banda singola ed è noto come dominio di legame oligonucleotide / oligosaccaride (trovato in letteratura come dominio OB).
Le proteine SSB di batteri termofili come Thermus aquaticus hanno caratteristiche notevoli, poiché hanno due domini OB in ciascuna subunità, mentre la maggior parte dei batteri ne ha solo uno in ciascuna subunità.
La maggior parte delle proteine SSB si lega in modo non specifico al DNA a banda singola. Tuttavia, il legame di ogni SSB dipende dalla sua struttura, grado di cooperatività, livello di oligomerizzazione e varie condizioni ambientali.
La concentrazione di ioni magnesio bivalenti, la concentrazione di sali, il pH, la temperatura, la presenza di poliammine, spermidina e spermina, sono alcune delle condizioni ambientali studiate in vitro che maggiormente influenzano l'attività delle proteine SSB.
Struttura
I batteri possiedono proteine SSB omo-tetramerica e ogni subunità possiede un singolo dominio di legame OB. Al contrario, le proteine SSB virali, specialmente quelle di molti batteriofagi, sono generalmente mono o dimeriche.
Alla loro estremità N-terminale, le proteine SSB possiedono il dominio di legame al DNA, mentre la loro estremità C-terminale è composta da nove amminoacidi conservati responsabili delle interazioni proteina-proteina.
Tre residui di triptofano nelle posizioni 40, 54 e 88 sono i residui responsabili dell'interazione con il DNA nei domini di legame. Questi mediano non solo la stabilizzazione dell'interazione DNA-proteina, ma anche il reclutamento delle altre subunità proteiche.
La proteina SSB di E. coli è stata modellata in studi computazionali ed è stato determinato che ha una struttura tetramerica di 74 kDa e che si lega al DNA a banda singola grazie all'interazione cooperativa di diverse subunità simili a SSB.
Gli archaea possiedono anche proteine SSB. Questi sono monomerici e hanno un singolo dominio di legame al DNA o dominio OB.
Negli eucarioti, le proteine RPA sono, strutturalmente parlando, più complesse: sono costituite da un eterotrimero (di tre diverse subunità) noto come RPA70, RPA32 e RPA14.
Possiedono almeno sei domini di legame oligonucleotide / oligosaccaride, sebbene attualmente solo quattro di questi siti siano noti con precisione: tre nella subunità RPA70 e un quarto residente nella subunità RPA32.
Caratteristiche
Le proteine SSB hanno funzioni chiave nel mantenimento, confezionamento e organizzazione del genoma proteggendo e stabilizzando i filamenti di DNA a filamento singolo nei momenti in cui sono esposti dall'azione di altri enzimi.
È importante notare che queste proteine non sono le proteine responsabili dello svolgimento e dell'apertura dei filamenti di DNA. La sua funzione è limitata solo a stabilizzare il DNA quando è nella condizione di DNA a banda singola.
Queste proteine SSB agiscono in modo cooperativo, poiché l'unione di una di esse facilita l'unione di altre proteine (SSB o meno). Nei processi metabolici del DNA, queste proteine sono considerate come una sorta di proteine pioniere o primarie.
Oltre a stabilizzare le bande di DNA a filamento singolo, il legame di queste proteine al DNA ha la funzione primaria di proteggere queste molecole dalla degradazione da parte delle endonucleasi di tipo V.
Le proteine di tipo SSB partecipano attivamente ai processi di replicazione del DNA di praticamente tutti gli organismi viventi. Tali proteine avanzano con l'avanzare della forcella di replicazione e mantengono separati i due filamenti di DNA parentale in modo che siano nella condizione adeguata per agire come modelli.
Esempi
Nei batteri, le proteine SSB stimolano e stabilizzano le funzioni della proteina RecA. Questa proteina è responsabile della riparazione del DNA (reazione SOS) e del processo di ricombinazione tra molecole di DNA a banda singola complementari.
I mutanti di E. coli geneticamente modificati per ottenere proteine SSB difettose vengono rapidamente inibiti e non svolgono efficacemente le loro funzioni nella replicazione, riparazione e ricombinazione del DNA.
Le proteine simili a RPA controllano la progressione del ciclo cellulare nelle cellule eucariotiche. Nello specifico, si ritiene che la concentrazione cellulare di RPA4 possa avere un'influenza indiretta sulla fase di replicazione del DNA, cioè ad alte concentrazioni di RPA4 questo processo è inibito.
È stato suggerito che l'espressione di RPA4 possa prevenire la proliferazione cellulare inibendo la replicazione e giocando un ruolo nel mantenimento e nella marcatura della vitalità cellulare sana negli organismi animali.
Riferimenti
- Anthony, E., & Lohman, TM (2019, febbraio). Dinamica dei complessi proteina-DNA di E. coli a filamento singolo (SSB). In Seminars in cell & developmental biology (Vol. 86, pp. 102-111). Academic Press.
- Beernink, HT e Morrical, SW (1999). RMP: proteine mediatori di ricombinazione / replicazione. Tendenze nelle scienze biochimiche, 24 (10), 385-389.
- Bianco, PR (2017). Il racconto di Sai Baba. Progressi in biofisica e biologia molecolare, 127, 111-118.
- Byrne, BM e Oakley, GG (2018, novembre). Proteina di replicazione A, il lassativo che mantiene regolare il DNA: l'importanza della fosforilazione dell'RPA nel mantenimento della stabilità del genoma. In seminari in biologia cellulare e dello sviluppo. Academic Press
- Krebs, JE, Goldstein, ES e Kilpatrick, ST (2017). I geni di Lewin XII. Jones & Bartlett Learning.
- Lecointe, F., Serena, C., Velten, M., Costes, A., McGovern, S., Meile, JC,… e Pollard, P. (2007). Anticipazione dell'arresto della forcella di replicazione cromosomica: SSB mira a riparare le DNA elicasi in fork attive. La rivista EMBO, 26 (19), 4239-4251.