Los cofactores de tierras raras trivalentes confieren una actividad rápida de la polimerasa NP-ADN

Área de la Ciencia:

• La bioquímica
• Biología molecular
• Biología sintética

Sus antecedentes:

• Las polimerasas de ADN generalmente sintetizan enlaces fosfodiéster utilizando un mecanismo de iones de dos metales.
• Los enlaces no naturales N3'→P5' de fosforamidato (NP) se pueden formar utilizando polimerasas de ADN diseñadas, pero se sintetizan de manera ineficiente.
• Se cree que el mecanismo nativo de dos iones metálicos es crucial para la transferencia eficiente de fosforilo.

Objetivo del estudio:

• Para dilucidar el mecanismo de síntesis de NP-ADN catalizado por una ADN polimerasa mutante.
• Identificar los cofactores de iones metálicos que pueden mejorar la velocidad y la eficiencia de la síntesis de ADN-NP.
• Comparar la actividad catalítica de diferentes iones metálicos en la promoción de la formación de enlaces fosforamidados no naturales.

Principales métodos:

• Cristalografía de rayos X con resolución temporal para visualizar el sitio activo durante la síntesis de ADN-NP.
• Estudios de efectos isotópicos y elementales para investigar el papel del cofactor de iones metálicos.
• Análisis cinéticos para cuantificar la mejora de la síntesis de ADN-NP por varios cationes metálicos.

Principales resultados:

• La síntesis de NP-ADN con el cofactor de calcio (II) implica un solo ion metálico en el sitio activo, lo que lleva a una cinética lenta.
• Un mecanismo de iones de un metal para la síntesis de ADN-NP es menos eficiente que el mecanismo nativo de iones de dos metales.
• Los cationes metálicos trivalentes, en particular el escandio, mejoran significativamente las tasas de síntesis de ADN NP (> 100 veces más que el calcio).
• El escandio (III) permite la síntesis de hebras de ADN NP de hasta 100 nucleótidos de longitud.

Conclusiones:

• La síntesis ineficiente de NP-ADN con calcio se atribuye a un mecanismo de activación subóptimo de iones de un metal.
• Los cationes metálicos trivalentes, especialmente el escandio, pueden reemplazar efectivamente el cofactor nativo divalente de calcio, mejorando la síntesis de ADN-NP.
• Este hallazgo abre caminos para mejorar las herramientas de biología sintética y los nuevos análogos de ácido nucleico.