¿Existen ejemplos funcionales de dobles hélices paralelas de ADN?

¡Sorprendentemente, se ha informado de un dúplex de ADN paralelo! En un artículo, Tchurikov et al informaron la presencia de ADN complementario paralelo en la región no codificante del gen de la alcohol deshidrogenasa, así como entre dos secuencias de ADN de Drosophila . La región, que tiene una longitud de ~40 pb, tiene 76% de bases en la misma polaridad junto con complementariedad. Sin embargo, se desconoce su presencia in vivo y su significado (observaron su existencia in vitro ).

Tchurikov et al , en otro artículo, informaron que el ARN complementario paralelo en E. coli desempeña algún papel en la interferencia del ARN y, de hecho, es más efectivo que el ARN antisentido para silenciar el ARNm para la regulación de la expresión génica. También proponen la presencia de dicho sistema in vivo en células de E. coli . (Aparentemente, este documento solo es suficiente para responder a su pregunta, ya que cumple con todos sus criterios).

En otro artículo, Szabat et al han demostrado que los oligonucleótidos de ADN, 2'-O-MeARN y ARN pueden adoptar una configuración dúplex paralela a pH 5 e inferior. Además, la presencia de LNA estabiliza la configuración dúplex en paralelo. Esto podría parecer útil en procesos como la interferencia del ARN, aunque este estudio también fue in vitro (obviamente, no se conoce el LNA in vivo ).

Muchos artículos de este tipo, como Westhof et al , Mohammadi et al , etc. han informado de la presencia de ADN dúplex paralelo.

Referencias:

_{1. Tchurikov NA, Chernov BK, Golova YB, Nechipurenko YD. ADN paralelo: generación de un dúplex entre dos secuencias de Drosophila in vitro . letras FEBS. 1989;257(2):415–8. pmid:2479581}

_{2. Tchurikov, NA, LG Chistyakova, GB Zavilgelsky, IV Manukhov, BK Chernov y YB Golova. 2000. Silenciamiento específico de genes por expresión de ARN complementario paralelo en Escherichia coli . J. Biol. química 275:26523–26529}

_{3. Szabat M, Pedzinski T, Czapik T, Kierzek E, Kierzek R (2015) Aspectos estructurales de los dúplex antiparalelos y paralelos formados por ADN, 2'-O-metil ARN y oligonucleótidos de ARN. PLoS ONE 10(11): e0143354. doi:10.1371/journal.pone.0143354}

_{4. Westhof, E. y M. Sundaralingam. 1980. Estructura de rayos X de un complejo de citidilil-3′,5′-adenosina-proflavina: un dímero de doble hélice de cadena paralela autoemparejado con un colorante de acridina intercalado. proc. nacional Academia ciencia EE.UU. 77:1852–1856.}

_{5. Mohammadi, S., R. Klement, AK Shchyolkina, J. Liquier, TM Jovin y E. Taillandier. 1998. Espectroscopia FTIR y UV de ADN de cadena paralela con secuencias AT/GC mixtas y sus análogos AT/IC. Bioquímica. 37:16529–16537.}

Todos los artículos que encontré sobre hélices paralelas son puramente especulativos con respecto al significado biológico; pero, siguen siendo interesantes. Aquí hay algunos que encontré, además de la otra respuesta.

Safaee N, Noronha AM, Rodionov D, Kozlov G, Wilds CJ, Sheldrick GM, Gehring K. 2013. Estructura del dúplex paralelo de ARN poli(A): evaluación de una predicción de 50 años. Angew Chem en Ed 52: 10370-10373.

Este documento presenta la estructura cristalina resuelta del ARN poli(A) paralelo y muestra que la proteína de unión a poli(A) (PABP) promueve la formación de dúplex paralelos. Se plantea la hipótesis de un papel biológico:

Como la gran mayoría de los ARN mensajeros (ARNm) eucarióticos están etiquetados con 100 a 250 adeninas en su extremo 3 ', el polimorfismo de poli (rA) también es relevante para los procesos celulares actuales que involucran la traducción, el almacenamiento y la descomposición del ARNm. En condiciones de estrés celular, los ARNm celulares se transportan a los gránulos de ARN, aumentando la concentración local de poli(rA). Es posible que la naturaleza haya desarrollado proteínas como la PABP en parte para regular la aparición de dúplex de poli(rA) en las células.

Hay varias revisiones que discuten el posible papel del ARN paralelo en el mundo del ARN que giran en torno al problema de la replicación utilizando cadenas antiparalelas complementarias:

Taylor W.R. 2005. Revolviendo la sopa primordial. Naturaleza 434:705.

Se han propuesto algunos mecanismos para la replicación en el mundo del ARN y, siguiendo los sistemas actuales de síntesis de polinucleótidos de proteínas, todos implican la creación de una hebra hija complementaria mediante el emparejamiento de bases de Watson-Crick. Pero desde un punto de vista mecanicista, dicho modelo contiene un problema fundamental: si una ribopolimerasa hiciera una copia complementaria de sí misma, necesitaría volver a copiarla para obtener una nueva ribopolimerasa funcional. Esto implica que tanto la secuencia de la ribopolimerasa como su complemento tendrían que coexistir. Pero si estas dos copias se unieran, el resultado sería una hélice de Watson-Crick de doble cadena (como se encuentra en algunos virus de ARN), no una nueva ribopolimerasa. Incluso si ambas secuencias tuvieran estructuras secundarias bien determinadas, la perfecta complementariedad del emparejamiento Watson-Crick actuaría como un sumidero,

La solución propuesta es que las primeras ARN polimerasas pueden haber creado complementos paralelos para evitar dicha inhibición:

Taylor W.R. 2006. Transcripción y traducción en un mundo de ARN. Phil Trans R Soc B 361:1751-1760.

Estrategias de replicación. (a) La replicación a través de una cadena complementaria inversa conduce a (b) un dúplex de doble cadena estable si las dos copias se encuentran. (c) La replicación a través de una cadena complementaria paralela conduce a (d) un dúplex de doble cadena relativamente inestable si las dos copias se encuentran.

La propagación de información en una hebra de ácido nucleico de una 'generación' a la siguiente utilizando el emparejamiento de bases de Watson-Crick lógicamente no tiene que involucrar una hebra complementaria inversa. Siempre que haya emparejamiento de bases complementarias, un complemento paralelo también propagaría la misma información...

... todo lo que necesita cambiar desde el punto de vista de la replicasa es la dirección de su progresión a lo largo de la plantilla. Sólo cabía esperar que el transcrito resultante formara pares de bases con el molde en una región corta antes de separarse, pero, frente al problema de la hibridación irreversible, esta sería una característica deseable del modelo.

Este documento menciona algunas funciones propuestas del ADN de cadena paralela (ps), con las referencias que lo acompañan, pero solo puedo acceder a una de ellas:

Se han propuesto otras funciones para el ps-DNA en la expresión génica, la recombinación, el procesamiento del ARN (14,18,20), el empaquetamiento de genomas virales monocatenarios y diméricos y la función de la girasa inversa (12).

Esta es la única referencia que pude encontrar en el documento anterior:

Ramsing NB, Jovin TM. ADN dúplex de cadena paralela. Ácidos nucleicos Res 16:6659-6676.

La posibilidad de que pueda existir ps-RNA es intrigante en vista del rico repertorio estructural y funcional de las especies de RNA en general. En la Fig. 12 se muestran tres situaciones canónicas en las que podrían surgir hélices ps por interacciones de hebras total o parcialmente homólogas o bucles de ácidos nucleicos monocatenarios de secuencia apropiada. Las implicaciones topológicas de tales estructuras son de gran interés, particularmente en relación con la funciones potenciales de ps-DNA y ps-RNA en la recombinación (no homóloga), empalme de RNA, estabilización de RNA ribosómico y otros procesos celulares. Además, se puede anticipar que ligandos específicos, particularmente proteínas, podrían intervenir para estabilizar y explotar la conformación de cadena paralela.