stringtranslate.com

РекА

RecA — это белок массой 38 килодальтон , необходимый для восстановления и поддержания ДНК у бактерий. [2] Структурные и функциональные гомологи RecA были обнаружены во всех царствах жизни. [3] [4] RecA служит архетипом для этого класса гомологичных белков репарации ДНК . Гомологичный белок называется RAD51 у эукариот и RadA у архей . [5] [6]

RecA имеет несколько видов активности, все из которых связаны с репарацией ДНК . В бактериальном SOS-ответе он выполняет функцию ко- протеазы [7] в автокаталитическом расщеплении репрессора LexA и репрессора λ . [8]

Функция

Гомологичная рекомбинация

Белок RecA прочно и длинными кластерами связывается с одноцепочечной ДНК, образуя нуклеопротеиновую нить. [9] Белок имеет более одного сайта связывания ДНК и, таким образом, может удерживать вместе одиночную и двойную нить. Эта особенность позволяет катализировать реакцию синапсиса ДНК между двойной спиралью ДНК и комплементарной областью одноцепочечной ДНК. Филамент RecA-одноцепочечной ДНК ищет сходство последовательностей вдоль двухцепочечной ДНК. Неупорядоченная петля ДНК в RecA, петля 2, содержит остатки, ответственные за гомологичную рекомбинацию ДНК . [10] У некоторых бактерий посттрансляционная модификация RecA посредством фосфорилирования остатка серина в петле 2 может мешать гомологичной рекомбинации. [11]

Существует несколько предложенных моделей того, как RecA находит комплементарную ДНК. [9] В одной из моделей, называемой конформационной проверкой , дуплекс ДНК растягивается, что усиливает распознавание комплементарности последовательностей. [12] [13] Реакция инициирует обмен цепями между двумя рекомбинирующими двойными спиралями ДНК. После события синапсиса в гетеродуплексной области начинается процесс, называемый миграцией ветвей . При миграции ветвей неспаренная область одной из одинарных цепей смещает парную область другой одинарной цепи, перемещая точку ветвления без изменения общего числа пар оснований. Однако может происходить спонтанная миграция ветвей, поскольку она обычно протекает одинаково в обоих направлениях, она вряд ли эффективно завершит рекомбинацию. Белок RecA катализирует однонаправленную миграцию ветвей и, таким образом, делает возможным завершение рекомбинации, создавая область гетеродуплексной ДНК длиной в тысячи пар оснований.

Так как RecA является ДНК-зависимой АТФазой , она содержит дополнительный сайт для связывания и гидролиза АТФ . RecA более прочно ассоциируется с ДНК, когда она связана с АТФ, чем когда она связана с АДФ . [14]

В Escherichia coli события гомологичной рекомбинации, опосредованные RecA, могут происходить в период после репликации ДНК , когда сестринские локусы остаются близкими. RecA также может опосредовать гомологичное спаривание, гомологичную рекомбинацию и восстановление разрывов ДНК между отдаленными сестринскими локусами, которые разделились на противоположные половины клетки E. coli . [15]

Естественная трансформация

Естественная бактериальная трансформация включает перенос ДНК от одной бактерии к другой (обычно того же вида ) и интеграцию донорской ДНК в хромосому реципиента посредством гомологичной рекомбинации , процесса, опосредованного белком RecA. У некоторых бактерий ген recA индуцируется в ответ на то, что бактерия становится компетентной , физиологическое состояние, необходимое для трансформации. [16] У Bacillus subtilis длина перенесенной ДНК может достигать трети и вплоть до размера всей хромосомы . [17] [18]

Клиническое значение

RecA был предложен в качестве потенциальной лекарственной мишени для бактериальных инфекций. [19] Были идентифицированы небольшие молекулы, которые мешают функции RecA. [20] [21] Поскольку многие антибиотики приводят к повреждению ДНК, и все бактерии полагаются на RecA для устранения этого повреждения, ингибиторы RecA могут быть использованы для усиления токсичности антибиотиков. Ингибиторы RecA также могут задерживать или предотвращать появление бактериальной лекарственной устойчивости. [19]

Ссылки

  1. ^ Чен, З.; Янг, Х.; Павлетич, Н. П. (2008). «Механизм гомологичной рекомбинации из структур RecA–ssDNA/dsDNA». Nature . 453 (7194): 489–4. Bibcode :2008Natur.453..489C. doi :10.1038/nature06971. PMID  18497818. S2CID  4416531.
  2. ^ Хории, Т; Огава, Т; Огава, Х (январь 1980). «Организация гена recA Escherichia coli». Труды Национальной академии наук . 77 (1): 313–317. Bibcode :1980PNAS...77..313H. doi : 10.1073/pnas.77.1.313 . PMC 348260 . PMID  6244554. 
  3. ^ Линь, Чжэнго; Конг, Хунчжи; Ней, Масатоши; Ма, Хун (5 июля 2006 г.). «Происхождение и эволюция семейства генов recA / RAD51: доказательства древней дупликации генов и эндосимбиотического переноса генов». Труды Национальной академии наук . 103 (27): 10328–10333. Bibcode : 2006PNAS..10310328L. doi : 10.1073/pnas.0604232103 . PMC 1502457. PMID  16798872 . 
  4. ^ Брендель, Волкер; Броккьери, Лучано; Сандлер, Стивен Дж.; Кларк, Элвин Дж.; Карлин, Сэмюэл (май 1997 г.). «Эволюционные сравнения белков типа RecA во всех основных царствах живых организмов». Журнал молекулярной эволюции . 44 (5): 528–541. doi :10.1007/pl00006177. PMID  9115177.
  5. ^ Шинохара, Акира; Огава, Хидеюки; Огава, Томоко (1992). «Белок Rad51, участвующий в репарации и рекомбинации в S. cerevisiae, является белком типа RecA». Cell . 69 (3): 457–470. doi :10.1016/0092-8674(92)90447-k. PMID  1581961. S2CID  35937283.
  6. ^ Seitz, Erica M.; Brockman, Joel P.; Sandler, Steven J.; Clark, A. John; Kowalczykowski, Stephen C. (1998-05-01). «Белок RadA — гомолог белка RecA архей, катализирующий обмен цепями ДНК». Genes & Development . 12 (9): 1248–1253. doi :10.1101/gad.12.9.1248. ISSN  0890-9369. PMC 316774 . PMID  9573041. 
  7. ^ Хории, Тошихиро; Огава, Томоко; Накатани, Томоюки; Хасэ, Тошихару; Мацубара, Хироши; Огава, Хидеюки (декабрь 1981 г.). «Регуляция SOS-функций: очистка белка LexA E. coli и определение его специфического сайта, расщепляемого белком RecA». Клетка . 27 (3): 515–522. дои : 10.1016/0092-8674(81)90393-7. PMID  6101204. S2CID  45482725.
  8. ^ Little, JW (март 1984). «Автопереваривание lexA и репрессоров фага лямбда». Труды Национальной академии наук . 81 (5): 1375–1379. Bibcode : 1984PNAS...81.1375L. doi : 10.1073/pnas.81.5.1375 . PMC 344836. PMID  6231641 . 
  9. ^ ab Хенкин, Тина М.; Питерс, Джозеф Э.; Снайдер, Ларри; Чампнесс, Венди (2020). Молекулярная генетика бактерий Снайдера и Чампнесса (Пятое изд.). Хобокен, Нью-Джерси: Wiley. С. 368–371. ISBN 9781555819750.
  10. ^ Марабеф, Фабрис; Волошин Олег; Камерини-Отеро, Р. Дэниел; Такахаси, Масаюки (декабрь 1995 г.). «Центральный ароматический остаток в петле L2 RecA взаимодействует с ДНК». Журнал биологической химии . 270 (52): 30927–30932. дои : 10.1074/jbc.270.52.30927 . ПМИД  8537348.
  11. ^ Wipperman, Matthew F.; Heaton, Brook E.; Nautiyal, Astha; Adefisayo, Oyindamola; Evans, Henry; Gupta, Richa; van Ditmarsch, Dave; Soni, Rajesh; Hendrickson, Ron; Johnson, Jeff; Krogan, Nevan; Glickman, Michael S. (октябрь 2018 г.). «Мутагенез микобактерий и устойчивость к лекарствам контролируются ингибированием копротеазы RecA, опосредованным фосфорилированием и кардиолипином». Molecular Cell . 72 (1): 152–161.e7. doi :10.1016/j.molcel.2018.07.037. PMC 6389330 . PMID  30174294. 
  12. ^ Savir, Yonatan; Tlusty, Tsvi (ноябрь 2010 г.). «RecA-опосредованный поиск гомологии как почти оптимальная система обнаружения сигнала». Molecular Cell . 40 (3): 388–396. arXiv : 1011.4382 . doi : 10.1016/j.molcel.2010.10.020 . PMID  21070965. S2CID  1682936.
  13. ^ Де Вламинк, Ивейн; ван Лёнхаут, Марджин Т.Дж.; Цвайфель, Людовит; ден Бланкен, Йохан; Хунинг, Коэн; Хейдж, Сюзанна; Керссемакерс, Джейкоб; Деккер, Сис (июнь 2012 г.). «Механизм распознавания гомологии при рекомбинации ДНК в экспериментах с двумя молекулами». Молекулярная клетка . 46 (5): 616–624. doi : 10.1016/j.molcel.2012.03.029 . ПМИД  22560720.
  14. ^ Рейц, Дидре; Чан, Юэн-Лин; Бишоп, Дуглас К. (декабрь 2021 г.). «Как функция обмена цепями белка выигрывает от гидролиза АТФ». Current Opinion in Genetics & Development . 71 : 120–128. doi : 10.1016/j.gde.2021.06.016. PMC 8671154. PMID  34343922 . 
  15. ^ Лестерлин, Кристиан; Болл, Грэм; Шермеллех, Лотар; Шерратт, Дэвид Дж. (13 февраля 2014 г.). «Пучки RecA опосредуют гомологичное спаривание между отдаленными сестрами во время восстановления разрывов ДНК». Nature . 506 (7487): 249–253. Bibcode :2014Natur.506..249L. doi :10.1038/nature12868. PMC 3925069 . PMID  24362571. 
  16. ^ Хенкин, Тина М.; Питерс, Джозеф Э.; Снайдер, Ларри; Чампнесс, Венди (2020). Молекулярная генетика бактерий Снайдера и Чампнесса (Пятое изд.). Хобокен, Нью-Джерси: Wiley. стр. 259. ISBN 9781555819750.
  17. ^ Акамацу, Такаши; Тагучи, Хисатака (январь 2001 г.). «Включение всей хромосомной ДНК из лизатов протопластов в компетентные клетки Bacillus subtilis». Бионаука, биотехнология и биохимия . 65 (4): 823–829. doi : 10.1271/bbb.65.823 . PMID  11388459. S2CID  30118947.
  18. ^ Сайто, Юкико; Тагучи, Хисатака; Акамацу, Такаши (март 2006 г.). «Судьба трансформации бактериального генома после включения в компетентные клетки Bacillus subtilis: непрерывная длина включенной ДНК». Журнал бионауки и биоинженерии . 101 (3): 257–262. doi :10.1263/jbb.101.257. PMID  16716928.
  19. ^ ab Culyba, Matthew J.; Mo, Charlie Y.; Kohli, Rahul M. (16 июня 2015 г.). «Цели борьбы с эволюцией приобретенной устойчивости к антибиотикам». Биохимия . 54 (23): 3573–3582. doi :10.1021/acs.biochem.5b00109. PMC 4471857. PMID  26016604 . 
  20. ^ Merrikh, Houra; Kohli, Rahul M. (октябрь 2020 г.). «Нацеливание эволюции на подавление устойчивости к антибиотикам». The FEBS Journal . 287 (20): 4341–4353. doi :10.1111/febs.15370. ISSN  1742-464X. PMC 7578009. PMID 32434280  . 
  21. ^ Wigle, Tim J.; Singleton, Scott F. (июнь 2007 г.). «Направленный молекулярный скрининг ингибиторов АТФазы RecA». Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters . 17 (12): 3249–3253. doi :10.1016/j.bmcl.2007.04.013. PMC 1933586. PMID  17499507 .