Revista de tecnología microbiana y bioquímica

Abstracto

Superenrollamiento espiral del ADN y vínculo topológico intramolecular

Xitai Huang, Jia Yu, Zhenfeng Zhang y Kou Cao

Anteriormente se había observado que el ADN cromosómico de Escherichia coli constaba de subunidades de superenrollamiento en espiral de Arquímedes. Se desconoce cómo construyen las células una estructura de ADN de este tipo. En el presente estudio, las imágenes de microscopía de fuerza atómica (AFM) mostraron que el ADN pBR322 superenrollado forma una estructura en espiral al intercalarse con 0,5 μg/ml de bromuro de etidio (EB), que solía considerarse como una densidad superhelicoidal cero. Nuevas evidencias sugirieron que un nuevo enlace topológico, el interenlace topológico intramolecular (ITL), promueve la formación de la espiral del ADN. Sin intercalación, el ADN pBR322 superenrollado muestra un superenrollamiento plectonémico con una distribución desigual de la densidad de superenrollamiento. También se realizó una observación similar cuando el ADN fue sobreintercalado por EB (20 μg/ml). Los resultados indicaron que el ITL funciona como un freno para bloquear la torsión de las dobles hebras helicoidales y dividió el ADN circular en diferentes dominios de densidad superhelicoidal. Cuando el ADN se desnaturalizó en álcali, las imágenes de AFM mostraron que la ITL permanece constante. A medida que el ADN pBR322 desnaturalizado se cortó con la endonucleasa de restricción PstI, el ADN digerido mantuvo interconexiones intramoleculares para converger en un centro con dos extremos cortados libres. Se pueden observar intermediarios interconectados cuando el ADN pBR322 natural se digirió con HindIII y la nickasa específica del sitio Nb. Bpu10I. Toda la evidencia sugiere que la ITL está presente en el ADN pBR322 y causa el superenrollamiento espiral del ADN. Se encontró que los topoisómeros de ADN con diferente número de ITL se encuentran en una escalera de bandas en la electroforesis que es distinta de los topoisómeros de ADN producidos por la girasa de E. coli formando una mancha. En un sistema libre de células que contiene extracto de células de E. coli, demostramos que la topoisomerasa IV es necesaria para la producción de topoisómeros de ADN ITL a partir del sustrato de ADNccc relajado. En conjunto, nuestros datos sugieren que la ITL representa un elemento novedoso de la estructura topológica del ADN. La superenrollación espiral del ADN puede ser una estructura universal presente en la célula.