stringtranslate.com

Экзонуклеаза

3′ к 5′ Экзонуклеаза, связанная с Pol I

Экзонуклеазы — это ферменты , которые работают, расщепляя нуклеотиды по одному с конца (экзо) полинуклеотидной цепи. Происходит реакция гидролиза , которая разрывает фосфодиэфирные связи либо на 3′, либо на 5′ конце . Ее близким родственником является эндонуклеаза , которая расщепляет фосфодиэфирные связи в середине (эндо) полинуклеотидной цепи. У эукариот и прокариот есть три типа экзонуклеаз, участвующих в нормальном обороте мРНК : 5′ в 3′ экзонуклеаза (Xrn1) , которая является зависимым декепирующим белком ; 3′ в 5′ экзонуклеаза, независимый белок; и поли(А)-специфическая 3′ в 5′ экзонуклеаза. [1] [2]

Как у архей , так и у эукариот один из основных путей деградации РНК осуществляется многобелковым экзосомальным комплексом , который в основном состоит из 3′–5′ экзорибонуклеаз .

Значение для полимеразы

Известно, что РНК- полимераза II действует во время терминации транскрипции; она работает с 5'-экзонуклеазой (человеческий ген Xrn2) для деградации новообразованного транскрипта ниже по течению, оставляя сайт полиаденилирования и одновременно выстреливая полимеразой. Этот процесс включает в себя захват экзонуклеазой pol II и терминацию транскрипции. [3]

Затем Pol I синтезирует нуклеотиды ДНК вместо только что удаленного ею праймера РНК. ДНК-полимераза I также имеет 3' to 5' и 5' to 3' экзонуклеазную активность, которая используется при редактировании и исправлении ошибок в ДНК. 3' to 5' может удалять только один мононуклеотид за раз, а 5' to 3' активность может удалять мононуклеотиды или до 10 нуклеотидов за раз.

кишечная палочкатипы

Экзонуклеаза WRN с активными участками желтого цвета

В 1971 году Lehman IR открыл экзонуклеазу I в E. coli . С тех пор было сделано множество открытий, включая: экзонуклеазу II, III , IV, V , VI, VII и VIII. Каждый тип экзонуклеазы имеет определенный тип функции или требования. [4]

Экзонуклеаза I расщепляет одноцепочечную ДНК в направлении 3' → 5', высвобождая дезоксирибонуклеозид 5'-монофосфаты один за другим. Она не расщепляет цепи ДНК без концевых 3'-ОН групп , поскольку они заблокированы фосфорильными или ацетильными группами. [5]

Экзонуклеаза II связана с ДНК-полимеразой I, которая содержит 5'-экзонуклеазу, которая отрезает РНК-праймер, расположенный непосредственно выше места синтеза ДНК, в направлении 5' → 3'.

Экзонуклеаза III обладает четырьмя каталитическими свойствами:

Экзонуклеаза IV добавляет молекулу воды, поэтому она может разорвать связь олигонуклеотида с нуклеозид 5' монофосфатом. Эта экзонуклеаза требует Mg 2+ для функционирования и работает при более высоких температурах, чем экзонуклеаза I. [7]

Экзонуклеаза V — это 3'-5'-гидролизующий фермент, который катализирует линейную двухцепочечную ДНК и одноцепочечную ДНК, для чего требуется Ca2+ . [8] Этот фермент чрезвычайно важен в процессе гомологичной рекомбинации .

Экзонуклеаза VIII представляет собой 5'-3'-димерный белок, которому не требуется АТФ или какие-либо разрывы или надрезы в цепи, но для выполнения своей функции требуется свободная 5'-ОН-группа [ необходима ссылка ] .

ДНКQ

В Escherichia coli ген dnaQ кодирует ε-субъединицу ДНК-полимеразы III. [9] ε-субъединица является одним из трех основных белков комплекса ДНК-полимеразы. Она действует как 3'→5'-направленная ДНК-корректирующая экзонуклеаза, которая удаляет неправильно включенные основания во время репликации. [10] Аналогично, в бактериях Salmonella typhimurium функция редактирования от 3' до 5', используемая во время репликации ДНК , также кодируется геном dnaQ , который определяет 3' до 5'-субъединицу экзонуклеазы, один из трех отдельно кодируемых основных белков голофермента ДНК-полимеразы III. [11]

В отличие от E. coli и S. typhimurium , где функции полимеразы и редактирования кодируются отдельными генами, у бактериального вида Buchnera aphidicola ДНК-полимераза, кодируемая геном DNA III (polC), содержит как ДНК-полимеразные, так и 3'-5' экзонуклеазные домены. [11] Эволюционное расхождение (примерно 0,25-1,2 миллиарда лет назад), по-видимому, было связано с разделением функции гена ДНК-полимеразы от функции гена редактирования 3'-5' экзонуклеазы в линии, которая привела к E. coli и S. typhimurium . [11]

Открытия на людях

Известно, что 3'-5' эндонуклеаза человеческого типа необходима для правильной обработки гистоновой пре-мРНК, в которой U7 snRNP направляет процесс одиночного расщепления. После удаления продукта расщепления ниже по течению (DCP) Xrn1 продолжает дальнейшее расщепление продукта до тех пор, пока он не будет полностью деградирован. [12] Это позволяет нуклеотидам быть переработанными. Xrn1 связан с активностью ко-транскрипционного расщепления (CoTC), которая действует как предшественник для развития свободного незащищенного конца 5', поэтому экзонуклеаза может удалить и деградировать продукт расщепления ниже по течению (DCP). Это инициирует транскрипционную терминацию, поскольку никто не хочет, чтобы нити ДНК или РНК накапливались в их телах. [13]

Открытия в области дрожжей

CCR4-Not — это общий комплекс регуляции транскрипции в почкующихся дрожжах , который, как было обнаружено, связан с метаболизмом мРНК , инициацией транскрипции и деградацией мРНК. Было обнаружено, что CCR4 содержит РНК и одноцепочечную ДНК 3' к 5' экзонуклеазной активности. [14] Другим компонентом, связанным с CCR4-Not , является белок CAF1, который, как было обнаружено, содержит 3' к 5' или 5' к 3' экзонуклеазные домены у мыши и Caenorhabditis elegans . [15] Этот белок не был обнаружен в дрожжах, что позволяет предположить, что он, вероятно, имеет аномальный экзонуклеазный домен, подобный тому, который наблюдается у многоклеточных. [16] Дрожжи содержат экзонуклеазу Rat1 и Xrn1. Rat1 работает так же, как и человеческий тип (Xrn2), а функция Xrn1 в цитоплазме заключается в направлении от 5' к 3' для деградации РНК (пре-5.8s и 25s рРНК) в отсутствие Rat1. [17] [18]

Открытия в области коронавирусов

В бета- коронавирусах , включая SARS-CoV-2 , корректурная экзонуклеаза nsp14-ExoN, которая является частью вирусного генома, отвечает за рекомбинацию, которая участвует в появлении новых штаммов. [19]

Ссылки

  1. ^ Мукерджи Д. и др. (2004). «Анализ экзонуклеолитической активности РНК в клеточных экстрактах». Обработка и метаболизм мРНК . Методы в молекулярной биологии. Т. 257. С. 193–211. doi :10.1385/1-59259-750-5:193. ISBN 978-1-59259-750-5. PMID  14770007.
  2. ^ Памела А. Фришмейер и др. (2002). «Механизм надзора за мРНК, устраняющий транскрипты, не имеющие терминирующих кодонов». Science . 295 (5563): 2258–61. Bibcode :2002Sci...295.2258F. doi :10.1126/science.1067338. PMID  11910109. S2CID  40843312.
  3. ^ Hage A EL; et al. (2008). «Эффективное завершение транскрипции РНК-полимеразой I требует 5′ экзонуклеазы Rat1 в дрожжах». Genes Dev . 22 (8): 1068–081. doi :10.1101/gad.463708. PMC 2335327. PMID  18413717 . 
  4. ^ Пол Д. Бойер (1952). Ферменты (1-е изд.). Academic Press. стр. 211. ISBN 978-0-12-122723-4.
  5. ^ Lehman IR, Nussbaum AL (август 1964). «Дезоксирибонуклеазы Escherichia Coli. V. о специфичности экзонуклеазы I (фосфодиэстеразы)». J. Biol. Chem . 239 (8): 2628–36. doi : 10.1016/S0021-9258(18)93898-6 . PMID  14235546.
  6. ^ Rogers SG, Weiss B (1980). "Экзонуклеаза III Escherichia coli K-12, эндонуклеаза AP". Nucleic Acids Part I. Methods in Enzymology. Vol. 65. pp. 201–11. doi :10.1016/S0076-6879(80)65028-9. ISBN 978-0-12-181965-1. PMID  6246343.
  7. ^ Мишра, NC; Мишра, Nawin C. (1995). Молекулярная биология нуклеаз . Boca Raton: CRC Press. стр. 46–52. ISBN 978-0-8493-7658-0.
  8. ^ Дуглас А. Джулин (2000). "Обнаружение и количественное определение активности фермента RecBCD (экзонуклеазы V)". Протоколы репарации ДНК . Методы в молекулярной биологии. Т. 152. Humana Press. С. 91–105. doi :10.1385/1-59259-068-3:91. ISBN 978-0-89603-643-7. PMID  10957971.
  9. ^ Scheuermann R, Tam S, Burgers PM, Lu C, Echols H (декабрь 1983 г.). «Идентификация эпсилон-субъединицы голофермента ДНК-полимеразы III Escherichia coli как продукта гена dnaQ: субъединица точности для репликации ДНК». Proc Natl Acad Sci USA . 80 (23): 7085–9. doi :10.1073/pnas.80.23.7085. PMC 389997 . PMID  6359162. 
  10. ^ Scheuermann RH, Echols H (декабрь 1984 г.). «Отдельная редактирующая экзонуклеаза для репликации ДНК: эпсилон-субъединица голофермента ДНК-полимеразы III Escherichia coli». Proc Natl Acad Sci USA . 81 (24): 7747–51. doi :10.1073/pnas.81.24.7747. PMC 392229 . PMID  6393125. 
  11. ^ abc Huang Y, Braithwaite DK, Ito J (январь 1997 г.). "Эволюция dnaQ, гена, кодирующего редактирование 3'-5' экзонуклеазной субъединицы ДНК-полимеразы III голофермента у грамотрицательных бактерий". FEBS Lett . 400 (1): 94–8. doi :10.1016/s0014-5793(96)01361-0. PMID  9000520.
  12. ^ Yang XC, Sullivan KD, Marzluff WF, Dominski Z (январь 2009 г.). «Исследования 5′ экзонуклеазной и эндонуклеазной активности CPSF-73 в процессинге пре-мРНК гистонов». Mol. Cell. Biol . 29 (1): 31–42. doi :10.1128/MCB.00776-08. PMC 2612496. PMID  18955505 . 
  13. ^ West S, Gromak N, Proudfoot NJ (ноябрь 2004 г.). "Человеческая 5' → 3' экзонуклеаза Xrn2 способствует терминации транскрипции в сайтах котранскрипционного расщепления". Nature . 432 (7016): 522–5. Bibcode :2004Natur.432..522W. doi : 10.1038/nature03035 . PMID  15565158.
  14. ^ Chen J, Chiang YC, Denis CL (март 2002 г.). «CCR4, 3′–5′ поли(А) РНК и одноцепочечная ДНК экзонуклеаза, является каталитическим компонентом цитоплазматической деаденилазы». EMBO J . 21 (6): 1414–26. doi :10.1093/emboj/21.6.1414. PMC 125924 . PMID  11889047. 
  15. ^ Draper MP, Salvadore C, Denis CL (июль 1995 г.). «Идентификация мышиного белка, гомолог которого в Saccharomyces cerevisiae является компонентом комплекса регуляции транскрипции CCR4». Mol. Cell. Biol . 15 (7): 3487–95. doi :10.1128/MCB.15.7.3487. PMC 230585. PMID  7791755 . 
  16. ^ Moser MJ, Holley WR, Chatterjee A, Mian IS (декабрь 1997 г.). «Домен корректуры ДНК-полимеразы I Escherichia coli и другие домены ДНК и/или РНК-экзонуклеазы». Nucleic Acids Res . 25 (24): 5110–8. doi :10.1093/nar/25.24.5110. PMC 147149. PMID 9396823.  Архивировано из оригинала 18 июля 2012 г. 
  17. ^ Henry Y, Wood H, Morrissey JP, Petfalski E, Kearsey S, Tollervey D (май 1994). «5'-конец дрожжевой 5.8S рРНК генерируется экзонуклеазами из сайта расщепления выше по течению». EMBO J . 13 (10): 2452–63. doi :10.1002/j.1460-2075.1994.tb06530.x. PMC 395111 . PMID  7515008. 
  18. ^ Geerlings TH, Vos JC, Raué HA (декабрь 2000 г.). «Последний шаг в формировании 25S рРНК в Saccharomyces cerevisiae выполняется 5'→3' экзонуклеазами». РНК . 6 (12): 1698–703. doi :10.1017/S1355838200001540. PMC 1370040 . PMID  11142370. 
  19. ^ Гриббл, Дженнифер; Стивенс, Лора Дж.; Агостини, Мария Л.; Андерсон-Дэниелс, Джордан; Чаппелл, Джеймс Д.; Лу, Сяотао; Пруйссерс, Андреа Дж.; Раут, Эндрю Л.; Денисон, Марк Р. (2021). «Корректирующая экзорибонуклеаза коронавируса опосредует обширную вирусную рекомбинацию». PLOS Pathogens . 17 (1): e1009226. doi : 10.1371/journal.ppat.1009226 . PMC 7846108. PMID  33465137. 

Внешние ссылки