stringtranslate.com

AP-сайт

Простое представление сайта AP.

В биохимии и молекулярной генетике AP -сайт ( апуриновый/апиримидиновый сайт ), также известный как абазический сайт , представляет собой участок в ДНК (также в РНК , но гораздо реже), который не имеет ни пуринового , ни пиримидинового основания ни спонтанно, ни пиримидинового основания. из-за повреждения ДНК . Подсчитано, что в физиологических условиях в клетке ежедневно может генерироваться 10 000 апуриновых сайтов и 500 апиримидиновых. [1] [2]

AP-сайты могут образовываться в результате спонтанной депуринации , но также могут выступать в качестве промежуточных продуктов в эксцизионной репарации оснований . [3] В этом процессе ДНК-гликозилаза распознает поврежденное основание и расщепляет N-гликозидную связь, высвобождая основание, оставляя AP-сайт. Существует множество гликозилаз, которые распознают различные типы повреждений, включая окисленные или метилированные основания или урацил в ДНК. Затем сайт AP может быть расщеплен эндонуклеазой AP , оставляя 3'-гидроксильный и дезоксирибозо-5-фосфатный концы (см. Структуру ДНК ). Альтернативно, бифункциональные гликозилазы-лиазы могут расщеплять AP-сайт, оставляя 5'-фосфат рядом с 3'-α,β-ненасыщенным альдегидом. Оба механизма образуют одноцепочечный разрыв, который затем восстанавливается путем иссечения основания с помощью короткой или длинной заплатки. [4]

Если их не восстановить, AP-сайты могут привести к мутации во время полуконсервативной репликации . Они могут вызвать остановку репликационной вилки и обходят их посредством транслезионного синтеза . В E. coli аденин преимущественно вставляется напротив AP-сайтов, что известно как «правило А». Ситуация более сложная у высших эукариот, где в зависимости от организма и условий эксперимента предпочтение отдается разным нуклеотидам. [3]

Формирование

AP-сайты образуются, когда дезоксирибоза отщепляется от азотистого основания , разрывая гликозидную связь между ними. Это может произойти спонтанно, в результате химической активности, радиации или вследствие активности ферментов. Гликозидные связи в ДНК могут быть разорваны посредством кислотно -катализируемого гидролиза . Пуриновые основания могут выделяться в слабокислых условиях, тогда как пиримидины для расщепления требуют более сильной кислотности. Пурины могут быть удалены даже при нейтральном pH , если температура достаточно повысится. Образование AP-сайта также может быть вызвано различными химическими веществами, модифицирующими основания. Алкилирование , дезаминирование и окисление отдельных оснований могут привести к ослаблению гликозильной связи, поэтому воздействие агентов, вызывающих эти модификации, может способствовать образованию AP-сайта. [2]

Ионизирующее излучение также может привести к образованию AP-сайта. Облученная среда содержит радикалы, которые могут способствовать образованию AP-сайтов разными способами. Гидроксильные радикалы могут атаковать гликозидные связи, непосредственно создавая АР-сайт, или делать гликозильную связь менее благоприятной, связываясь с основанием или дезоксирибозным кольцом. [2]

Ферменты, а именно ДНК-гликозилазы, также обычно создают AP-сайты как часть пути эксцизионной репарации оснований. По оценкам, в одной клетке млекопитающих в день образуется 5000–10 000 апуриновых сайтов. Апиримидиновые сайты формируются примерно в 20 раз медленнее, по оценкам, около 500 событий образования в день на клетку. При таких высоких показателях для клеток крайне важно иметь надежный аппарат восстановления, чтобы предотвратить мутацию.

Характеристики

Химические характеристики

Реактивность сайта точки доступа

Сайты AP чрезвычайно реактивны. Они колеблются между фуранозным кольцом и конформацией свободного альдегида и свободного спирта с открытой цепью . Воздействие нуклеофила может вызвать реакцию β-элиминирования, при которой 3'- фосфоэфирная связь разрывается, вызывая одноцепочечный разрыв. Эту реакцию может катализировать AP-лиаза . [2] В присутствии избытка реагента может произойти дополнительное отщепление на 5'-стороне. Свободный альдегид может также реагировать с нуклеофильными аминосодержащими альдегидами. Эти реакции могут дополнительно способствовать расщеплению фосфоэфирной связи. Альдегиды, содержащие группы O-HN 2 , могут служить для стабилизации абазисного сайта путем реакции с альдегидной группой. Это взаимодействие не разрывает фосфоэфирную связь.

Биологическая активность

AP-сайты в живых клетках могут вызывать различные и серьезные последствия, включая гибель клеток. Одноцепочечные разрывы, возникающие в результате β-элиминирования, требуют восстановления ДНК-лигазой , чтобы избежать мутаций. Когда ДНК-полимераза встречает абазический сайт, репликация ДНК обычно блокируется, что само по себе может привести к одноцепочечному или двухцепочечному разрыву спирали ДНК. [4] В E. coli , когда ферменту удается обойти абазисный участок, аденин преимущественно включается в новую цепь. [2] [3] Если AP-сайты в ДНК не репарированы, репликация ДНК не может протекать нормально, что может привести к значительным мутациям. [4] Если мутации представляют собой просто однонуклеотидные полиморфизмы , то потенциально клетка может остаться незатронутой. Однако при возникновении более серьезных мутаций функция клетки может серьезно нарушиться, рост и деление могут быть нарушены, или клетка может просто погибнуть.

Ремонт

AP-сайты являются важной особенностью пути эксцизионной репарации основания. ДНК-гликозилазы сначала создают абазические сайты, распознавая и удаляя модифицированные основания. Существует множество вариантов гликозилазы, способных противостоять множеству способов повреждения основания. Наиболее распространенными обстоятельствами являются алкилирование оснований, окисление и присутствие урацила в цепи ДНК. [4] После успешного создания AP-сайта AP-эндонуклеаза катализирует разрыв одной фосфоэфирной связи, создавая разрыв в основной цепи спирали. [4] Разрыв может происходить либо на 3', либо на 5' участке, в зависимости от варианта фермента. Затем ферменты конечной обработки подготавливают место для лигирования разрыва, которое выполняется ДНК-полимеразой. [4] Основание, вставленное в надрез, определяется соответствующим основанием на противоположной пряди. Затем разрыв запечатывается ДНК-лигазой.

Активность эндонуклеазы AP в восстановлении участков AP в лобной/теменной коре, мозжечке , стволе головного мозга , среднем мозге и гипоталамусе снижается с возрастом у крыс, находящихся на диете ad libitum . [5] Для сравнения, у крыс с ограниченным потреблением калорий активность эндонуклеазы AP в этих областях мозга остается выше с возрастом. [5] Эти результаты показывают, что повышенное восстановление AP-сайта у животных с ограниченным потреблением калорий может задержать процесс старения.

Рекомендации

  1. ^ Тропп, Бертон (2012). Молекулярная биология . Садбери, Массачусетс: Jones & Bartlett Learning. п. 455. ИСБН 978-1-4496-0091-4.
  2. ^ abcde Borle, Мириам (1987). «Формирование, обнаружение и восстановление точек доступа». Мутационные исследования . 181 (1): 45–56. дои : 10.1016/0027-5107(87)90286-7. ПМИД  2444877.
  3. ^ abc Абазовые сайты в ДНК: восстановление и биологические последствия у Saccharomyces cerevisiae. Восстановление ДНК (Амст). 2004 январь 5;3(1):1-12.
  4. ^ abcdef Линдал, Томас (1993). «Нестабильность и распад первичной структуры ДНК». Природа . 362 (6422): 709–715. Бибкод : 1993Natur.362..709L. дои : 10.1038/362709a0. PMID  8469282. S2CID  4283694.
  5. ^ ab Кисби Дж.Э., Кохама С.Г., Оливас А., Черчвелл М., Дёрдж Д., Спенглер Э., де Кабо Р., Ингрэм Д.К., Имхоф Б., Бао Г., Коу Ю.В. Влияние ограничения калорий на восстановление основания (BER) в мозге стареющих крыс. Эксп Геронтол. Март 2010 г.;45(3):208-16. doi: 10.1016/j.exger.2009.12.003. Epub 2009, 11 декабря. PMID 20005284; PMCID: PMC2826610