Exonuclease

As exonucleases son encimas que funcionan escindindo nucleótidos un a un a partir do extremo terminal dunha cadea polinucleotídica. Como atacan por un extremo do ácido nucleico denomínanse co prefixo exo (os encimas que atacan no interior son endonucleases). Estes encimas catalizan unha reacción de hidrólise que rompe os enlaces fosfodiester desde o extremo 3' ou o 5', polo que ou ben actúan en sentido 3'→5' ou ben no 5'→3'. Eucariotas e procariotas posúen ambos tres tipos de exonucleases que interveñen na maduración normal do ARNm: unha exonuclease 5'→3', que é unha proteína do complexo de eliminación da carapucha 5' do ARNm, unha exonuclease 3'→5', que é unha proteína independente, e a exonuclease 3'-5' específica da cola poli-A.^[1][2] A actividade exonuclease é moi importante tamén nas polimerases.

Exonuclease 3'→ 5' asociada con Pol I.

En arqueas e eucariotas, unha das principais rutas de degradación do ARN é levada a cabo polo complexo exosoma un complexo multiproteico que consta en gran parte de exorribonucleases 3'→5'.

Actividade de exonuclease nas polimerases

O holoencima ADN polimerase III ten unha actividade exonuclease 3'→5' na súa subunidade epsilon, necesaria para a corrección de probas na que se eliminan os erros de replicación.

A ADN pol I coloca desoxirribonucleótidos no lugar ocupado polo cebador de ARN que acaba de ser eliminado. A ADN polimerase I tamén posúe actividades de exonuclease 3'→5' a cal se utiliza para facer a corrección de probas para corrixir os erros na replicación do ADN. Tamén ten unha actividade exonuclease 5' → 3' que media a chamada nick translation (traslado da amosega) durante a reparación do ADN.

A ARN polimerase II funciona durante a terminación da transcrición en lévedos en conxunción coa exonuclease 5' Rat1 degradando o extremo 5' do transcrito acabado de formar, deixando o sitio de poliadenilación e disparando simultaneamente a polimerase.^[3]

Tipos de exonucleases presentes en E. coli

Exonuclease WRN cos seus sitios activos en cor amarela.

En 1971 descubriuse a primeira exonuclease de E. coli, a exonuclease I, e despois descubríronse máis, como as exonucleases II, III, IV, V, VII e VIII. Cada tipo de exonuclease ten unha función ou requirimento específico.^[4] As máis importantes son:

• A exonuclease I rompe as moléculas de ADN monocatenaro en dirección 3'→5', liberando deoxirribonucleósidos 5'-monofosfato, un por un. Con todo, é incapaz de actuar sobre fibras de ADN que non teñan grupos 3'-OH libres, porque estes se encontran bloqueados por un grupo fosforíl ou acetil.^[5]
• A exonuclease II está asociada á ADN polimerase I, a cal posúe actividade exonuclease 5' e pode cortar en dirección 5' → 3' o cebador de ARN nun sitio de síntese do ADN.
• A exonuclease III posúe catro actividades catalíticas:
  • Actividade exodesoxirribonuclease 3’-5’, a cal é específica para ADN de dobre cadea
  • Actividade de ARNase
  • Actividade 3’ fosfatase
  • Actividade endonuclease de tipo AP (máis tarde chamada actividade endonuclease de tipo II).^[6]
• A exonucleas IV é unha hidrolase que engade á reacción unha molécula de auga, de modo que pode romper o enlace fosfodiéster dun oligonucleótido para formar un nucleósido 5'-monofosfato. Esta exonuclease require Mg²⁺ para funcionar e actúa a temperaturas maiores que a exonuclease I.^[7]
• A exonuclease V é un encima hidrolítico con actividade de exonuclease 3’-5’ que cataliza a degradación tanto de ADN de dobre cadea como de cadea simple, require Ca²⁺ para funcionar e é extremadamente importante no proceso de recombinación homóloga.^[8]
• A exonuclease VIII é unha proteína dimérica con actividade 5’-3’ que non require ATP nin brechas nin cortes na cadea para actuar, aínda que si necesita que haxa un grupo 5'-OH libre para actuar.

Descubrimentos en humanos

No procesamento dos pre-ARNm das histonas humanas interveñen as actividades de endonuclease e exonuclease do CPSF-73. Para iniciar a degradación requírese a ribonucleoproteína U7 pertencente ás ribonucleoproteínas nucleares pequenas (snRNP), e despois actúa a exonuclease ata que o produto da clivaxe é completamente degradado.^[9] Isto permite a reutilización dos nucleótidos.

Descubrimentos en lévedos

O CCR4-NOT é un complexo regulatorio xeral presente en lévedos. Este complexo está relacionado co metabolismo do ARNm, na iniciación da transcrición e na degradación do mesmo. O complexo posúe actividade exonuclease 3'-5' tanto sobre o ARN coma sobre o ADN monocatenario.^[10] Outro compoñente asociado co complexo CCR4 é a proteína CAF1, a cal ten actividade 3'-5' ou 5'-3' en Mus musculus (rato).^[11][12] Os lévedos conteñen ademais as exonucleases Rat1 e Xrn1. A Rat1 funciona da mesa maneia que a Xrn2 humana, mentres que a actividade da Xrn1 realízase no citoplasma onde degrada ARNr pre-5,8S e 25S en ausencia de Rat1.^[13][14]