La recombinación homóloga (HR) es un proceso importante que desempeña múltiples funciones críticas durante la meiosis, un tipo de ciclo celular dedicado a la reproducción sexual. Durante la HR, las moléculas de ADN homólogas intercambian su material genético. Durante la fase meiótica, el ADN se corta en todo el genoma, formando muchas roturas de doble cadena de ADN. Estas roturas de ADN atraen enzimas de recombinación homóloga, que promueven el acoplamiento de cromosomas homólogos.

Dmc1 es una de esas recombinaciones específicas de meiosis en eucariotas (organismos que tienen un núcleo claramente definido), que, junto con la recombinación general Rad51, se asocia con regiones de ssDNA formadas al final del ADN roto y facilita la HR. Dmc1 y Rad51 se unen preferentemente a ssDNA para formar una estructura de filamento helicoidal llamada filamento presináptico. Swi5-Sfr1 y Hop2-Mnd1 son dos factores accesorios que ayudan en el ensamblaje de cadenas Dmc1 en ssDNA. Si bien estudios previos han demostrado que Swi5-Sfr1 y Hop2-Mnd1 hacen contribuciones importantes al intercambio de hebras impulsado por Dmc1 durante la FC, los mecanismos subyacentes a sus contribuciones moleculares siguen siendo esquivos.

Un equipo de investigación dirigido por el profesor asistente Hideo Tsubouchi del Instituto de Tecnología de Tokio (Tokyo Tech), Japón, y el profesor Hong-wen Lee de la Universidad Nacional de Taiwán, Taiwán, ha arrojado luz sobre sus funciones moleculares y ahora revela cómo las proteínas Swi5-Sfr1 y Hop2-Mnd1 regulan el ensamblaje de los filamentos Dmc1. Usando experimentos de una sola molécula, realizaron este estudio con proteínas de Bomba de Schizosaccharomyces, un tipo de levadura de fisión utilizada como organismo modelo. Su trabajo ha sido publicado en Investigación de ácidos nucleicos Diario del 3 de julio de 2023.

Para tal fin, Los investigadores primero purificaron Dmc1, Hop2-Mnd1 y Swi5-Sfr1 de S. Pompeyo. Luego sometieron estas proteínas a una técnica especializada llamada transferencia de energía de resonancia de fluorescencia de molécula única, que utiliza un haz láser y sustratos de ADN marcados con productos químicos fluorescentes para detectar interacciones entre Dmc1 y el ADN. Además, los investigadores también realizaron experimentos de movimiento de partículas atadas (para monitorear los cambios en la forma y composición de polímeros como el ADN) para visualizar el ensamblaje de los filamentos Dmc1 en tiempo real.

Con base en estos resultados, los autores señalan que tanto Swi5-Sfr1 como Hop2-Mnd1 promueven el ensamblaje de cadenas Dmc1 en ssDNA, pero de dos maneras diferentes. Hop2-Mnd1 se une a uniones de ADN monocatenario o bicatenario e inicia la unión de Dmc1 consigo mismo. Swi5-Sfr1 se une al filamento ensamblado de Dmc1 y evita la disociación de Dmc1 del filamento presináptico. Así, observaron que la combinación de estos dos factores contribuye a la formación de filamentos Dmc1 eficientes y estables.

En resumen, estos hallazgos brindan información importante sobre los mecanismos subyacentes al ensamblaje del filamento Dmc1 y el funcionamiento de las proteínas accesorias. En el futuro, esto podría contribuir a nuestra comprensión de la HR en la meiosis, que es un fenómeno biológico importante en la reproducción eucariota. Aunque las proteínas estudiadas en este artículo provienen de levaduras en fisión, están ampliamente conservadas en eucariotas, incluidos los humanos. Dado que la recombinación homóloga es esencial para la fiel segregación de los cromosomas durante la meiosis, es probable que los resultados obtenidos en este estudio sean relevantes para comprender los sistemas reproductivos humanos. Pueden arrojar luz sobre la comprensión de la causa de la infertilidad y ciertos trastornos genéticos causados ​​por la mala segregación de los cromosomas, como el síndrome de Down.