stringtranslate.com

Ку (белок)

Ku — это димерный белковый комплекс, который связывается с концами двухцепочечных разрывов ДНК и необходим для пути негомологичного соединения концов (NHEJ) восстановления ДНК . Ku эволюционно сохранился от бактерий до человека. Предковый бактериальный Ku — это гомодимер (две копии одного и того же белка, связанные друг с другом). [2] Эукариотический Ku — это гетеродимер двух полипептидов , Ku70 (XRCC6) и Ku80 (XRCC5), названных так потому, что молекулярная масса человеческих белков Ku составляет около 70 кДа и 80 кДа. Две субъединицы Ku образуют корзинообразную структуру, которая нанизывается на конец ДНК . [1] После связывания Ku может скользить вниз по цепи ДНК, позволяя большему количеству молекул Ku нанизываться на конец. У высших эукариот Ku образует комплекс с каталитической субъединицей ДНК-зависимой протеинкиназы (DNA-PKcs), образуя полную ДНК-зависимую протеинкиназу , DNA-PK. [3] Считается, что Ku функционирует как молекулярный каркас, с которым могут связываться другие белки, участвующие в NHEJ, ориентируя двухцепочечный разрыв для лигирования.

Белки Ku70 и Ku80 состоят из трех структурных доменов . N-концевой домен представляет собой альфа /бета-домен. Этот домен вносит лишь небольшой вклад в димерный интерфейс. Домен включает в себя шестицепочечный бета-лист складки Россмана . [4] Центральный домен Ku70 и Ku80 представляет собой ДНК -связывающий бета-бочку . Ku образует лишь несколько контактов с сахарофосфатным остовом и ни одного с основаниями ДНК , но он стерически соответствует контурам большой и малой борозд, образуя кольцо, которое охватывает дуплексную ДНК, охватывая два полных витка молекулы ДНК. Образуя мостик между разорванными концами ДНК, Ku действует, структурно поддерживая и выравнивая концы ДНК, защищая их от деградации и предотвращая беспорядочное связывание с неповрежденной ДНК. Ku эффективно выравнивает ДНК, при этом все еще обеспечивая доступ полимераз , нуклеаз и лигаз к разорванным концам ДНК для содействия соединению концов. [5] С -концевое плечо представляет собой альфа-спиральную область, которая охватывает центральный бета-бочкообразный домен противоположной субъединицы . [1] В некоторых случаях на С-конце присутствует четвертый домен, который связывается с ДНК-зависимой протеинкиназной каталитической субъединицей. [6]

Обе субъединицы Ku были экспериментально выведены из строя у мышей . Эти мыши демонстрируют хромосомную нестабильность , что указывает на то, что NHEJ важен для поддержания генома. [7] [8]

Во многих организмах Ku выполняет дополнительные функции на теломерах в дополнение к своей роли в восстановлении ДНК. [9]

Распространенность Ku80, по-видимому, связана с продолжительностью жизни вида. [10]

Старение

Мутантные мыши с дефектом Ku70 или Ku80 или двойные мутантные мыши с дефицитом как Ku70, так и Ku80 демонстрируют раннее старение. [11] Средняя продолжительность жизни трех мутантных линий мышей была схожа и составляла около 37 недель по сравнению со 108 неделями для контрольной группы дикого типа. Было изучено шесть специфических признаков старения, и было обнаружено, что три мутантные мыши демонстрируют те же признаки старения, что и контрольные мыши, но в гораздо более раннем возрасте. Заболеваемость раком у мутантных мышей не увеличилась. Эти результаты свидетельствуют о том, что функция Ku важна для обеспечения долголетия и что путь NHEJ репарации ДНК (опосредованный Ku) играет ключевую роль в восстановлении двухцепочечных разрывов ДНК, которые в противном случае вызвали бы раннее старение. [12] (Также см. Теорию старения с повреждением ДНК .)

Растения

Ku70 и Ku80 также были экспериментально охарактеризованы в растениях, где они, по-видимому, играют аналогичную роль в других эукариотах. Было показано, что в рисе подавление любого из белков способствует гомологичной рекомбинации (HR) [13] Этот эффект использовался для повышения эффективности нацеливания генов (GT) в Arabidopsis thaliana . В исследовании частота GT на основе HR с использованием нуклеазы с цинковыми пальцами (ZFN) была увеличена до шестнадцати раз в мутантах ku70 [14] Этот результат имеет многообещающие последствия для редактирования генома у эукариот, поскольку механизмы восстановления DSB высококонсервативны. Существенное отличие заключается в том, что в растениях Ku также участвует в поддержании альтернативной морфологии теломер , характеризующейся тупыми концами или короткими (≤ 3 нуклеотида) 3'-выступами. [15] Эта функция не зависит от роли Ku в восстановлении DSB, поскольку было показано, что устранение способности комплекса Ku перемещаться по ДНК сохраняет теломеры с тупыми концами, одновременно препятствуя восстановлению ДНК. [16]

.mw-parser-output .vanchor>:target~.vanchor-text{background-color:#b1d2ff}@media screen{html.skin-theme-clientpref-night .mw-parser-output .vanchor>:target~.vanchor-text{background-color:#0f4dc9}}@media screen and (prefers-color-scheme:dark){html.skin-theme-clientpref-os .mw-parser-output .vanchor>:target~.vanchor-text{background-color:#0f4dc9}}Бактериии археи

Бактерии обычно имеют только один ген Ku (если они вообще имеют один). Необычно, что у Mesorhizobium loti их два, mlr9624 и mlr9623 . [17]

Археи обычно также имеют только один ген Ku (для ~4% видов, которые вообще имеют один ген). Эволюционная история размыта обширным горизонтальным переносом генов с бактериями. [18]

Бактериальные и архейные белки Ku отличаются от своих эукариотических аналогов тем, что имеют только центральный домен бета-бочонка.

Имя

Название «Ку» происходит от фамилии японского пациента, у которого оно было обнаружено. [19]

Ссылки

  1. ^ abc PDB : 1JEY ​; Walker JR, Corpina RA, Goldberg J (август 2001 г.). «Структура гетеродимера Ku, связанного с ДНК, и ее значение для репарации двухцепочечных разрывов». Nature . 412 (6847): 607–14. Bibcode :2001Natur.412..607W. doi :10.1038/35088000. PMID  11493912. S2CID  4371575.
  2. ^ Doherty AJ, Jackson SP, Weller GR (июль 2001 г.). «Идентификация бактериальных гомологов белков репарации ДНК Ku». FEBS Lett . 500 (3): 186–8. doi : 10.1016/S0014-5793(01)02589-3 . PMID  11445083. S2CID  43588474.
  3. ^ Carter T, Vancurová I, Sun I, Lou W, DeLeon S (декабрь 1990 г.). «ДНК-активируемая протеинкиназа из ядер клеток HeLa». Mol. Cell. Biol . 10 (12): 6460–71. doi :10.1128/MCB.10.12.6460. PMC 362923. PMID  2247066 . 
  4. ^ Sugihara T, Wadhwa R, Kaul SC, Mitsui Y (апрель 1999 г.). «Новый специфичный для яичек металлотионеин-подобный белок, тесмин, является ранним маркером дифференциации мужских половых клеток». Genomics . 57 (1): 130–6. doi :10.1006/geno.1999.5756. PMID  10191092.
  5. ^ Aravind L, Koonin EV (август 2001 г.). «Прокариотические гомологи белка Ku, связывающего конец эукариотической ДНК, новые домены в белке Ku и предсказание системы репарации двухцепочечных разрывов прокариотической ДНК». Genome Res . 11 (8): 1365–74. doi : 10.1101/gr.181001. PMC 311082. PMID  11483577. 
  6. ^ Harris R, Esposito D, Sankar A, Maman JD, Hinks JA, Pearl LH, Driscoll PC (январь 2004 г.). «Структура трехмерного решения C-концевой области Ku86 (Ku86CTR)». J. Mol. Biol . 335 (2): 573–82. doi :10.1016/j.jmb.2003.10.047. PMID  14672664.
  7. ^ Дифилиппантонио М.Дж., Чжу Дж., Чен Х.Т., Меффре Э., Нуссенцвейг MC, Макс Э.Э., Рид Т., Нуссенцвейг А. (март 2000 г.). «Белок репарации ДНК Ku80 подавляет хромосомные аберрации и злокачественную трансформацию». Природа . 404 (6777): 510–4. Бибкод : 2000Natur.404..510D. дои : 10.1038/35006670. ПМЦ 4721590 . ПМИД  10761921. 
  8. ^ Ferguson DO, Sekiguchi JM, Chang S, Frank KM, Gao Y, DePinho RA, Alt FW (июнь 2000 г.). «Негомологичный путь соединения концов ДНК для восстановления необходим для стабильности генома и подавления транслокаций». Proc. Natl. Acad. Sci. USA . 97 (12): 6630–3. Bibcode :2000PNAS...97.6630F. doi : 10.1073/pnas.110152897 . PMC 18682 . PMID  10823907. 
  9. ^ Boulton SJ, Jackson SP (март 1998). «Компоненты Ku-зависимого негомологичного пути соединения концов участвуют в поддержании длины теломер и подавлении теломер». EMBO J . 17 (6): 1819–28. doi :10.1093/emboj/17.6.1819. PMC 1170529 . PMID  9501103. 
  10. ^ Lorenzini A, Johnson FB, Oliver A, Tresini M, Smith JS, Hdeib M, Sell C, Cristofalo VJ, Stamato TD (ноябрь–декабрь 2009 г.). «Значительная корреляция долголетия видов с распознаванием разрыва двойной цепи ДНК, но не с длиной теломер». Mech Ageing Dev . 130 (11–12): 784–92. doi :10.1016/j.mad.2009.10.004. PMC 2799038. PMID  19896964 . 
  11. ^ Li H, Vogel H, Holcomb VB, Gu Y, Hasty P (2007). «Удаление Ku70, Ku80 или обоих вызывает раннее старение без существенного увеличения рака». Mol. Cell. Biol . 27 (23): 8205–14. doi :10.1128/MCB.00785-07. PMC 2169178. PMID  17875923 . 
  12. ^ Bernstein H, Payne CM, Bernstein C, Garewal H, Dvorak K (2008). «Рак и старение как последствия невосстановленного повреждения ДНК». В: Новые исследования повреждений ДНК (редакторы: Хонока Кимура и Аой Сузуки) Nova Science Publishers, Нью-Йорк, Глава 1, стр. 1-47. открытый доступ, но только для чтения https://www.novapublishers.com/catalog/product_info.php?products_id=43247 Архивировано 25 октября 2014 г. на Wayback Machine ISBN 978-1604565812 
  13. ^ Nishizawa-Yokoi A, Nonaka S, Saika H, ​​Kwon YI, Osakabe K, Toki S (декабрь 2012 г.). «Подавление Ku70/80 или Lig4 приводит к снижению стабильной трансформации и повышению гомологичной рекомбинации в рисе». The New Phytologist . 196 (4): 1048–59. doi :10.1111/j.1469-8137.2012.04350.x. PMC 3532656 . PMID  23050791. 
  14. ^ Qi Y, Zhang Y, Zhang F, Baller JA, Cleland SC, Ryu Y, Starker CG, Voytas DF (март 2013 г.). «Увеличение частоты сайт-специфического мутагенеза и нацеливания генов в Arabidopsis путем манипулирования путями репарации ДНК». Genome Research . 23 (3): 547–54. doi :10.1101/gr.145557.112. PMC 3589543 . PMID  23282329. 
  15. ^ Kazda A, Zellinger B, Rössler M, Derboven E, Kusenda B, Riha K (август 2012 г.). «Защита концов хромосом с помощью тупых теломер». Genes & Development . 26 (15): 1703–13. doi :10.1101/gad.194944.112. PMC 3418588. PMID  22810623 . 
  16. ^ Valuchova S, Fulnecek J, Prokop Z, Stolt-Bergner P, Janouskova E, Hofr C, Riha K (июнь 2017 г.). «Защита теломер с тупыми концами Arabidopsis опосредована физической ассоциацией с гетеродимером Ku». The Plant Cell . 29 (6): 1533–1545. doi :10.1105/tpc.17.00064. PMC 5502450 . PMID  28584163. 
  17. ^ Pitcher RS, Brissett NC, Doherty AJ (2007). «Негомологичное соединение концов у бактерий: микробная перспектива». Annual Review of Microbiology . 61 (1). Annual Reviews : 259–82. doi : 10.1146/annurev.micro.61.080706.093354. PMID  17506672.
  18. ^ Sharda M, Badrinarayanan A, Seshasayee AS (декабрь 2020 г.). «Эволюционный и сравнительный анализ бактериальной негомологичной репарации соединения концов». Genome Biology and Evolution . 12 (12): 2450–2466. doi :10.1093/gbe/evaa223. PMC 7719229. PMID  33078828 . 
  19. ^ Dynan WS, Yoo S (апрель 1998 г.). «Взаимодействие белка Ku и каталитической субъединицы ДНК-зависимой протеинкиназы с нуклеиновыми кислотами». Nucleic Acids Research . 26 (7): 1551–9. doi :10.1093/nar/26.7.1551. PMC 147477. PMID  9512523 . 
В статье использован текст из общедоступных источников Pfam и InterPro : IPR005161
В статье использован текст из общедоступных источников Pfam и InterPro : IPR006164
В статье использован текст из общедоступных источников Pfam и InterPro : IPR005160
В статье использован текст из общедоступных источников Pfam и InterPro : IPR014893

Внешние ссылки