stringtranslate.com

RecQ геликаза

Хеликаза RecQ — это семейство ферментов хеликаз , первоначально обнаруженных в Escherichia coli [1], которые, как было показано, играют важную роль в поддержании генома. [2] [3] [4] Они функционируют, катализируя реакцию АТФ + H 2 O → АДФ + P и, таким образом, управляя раскручиванием парной ДНК и перемещением в направлении от 3' к 5'. Эти ферменты также могут управлять реакцией NTP + H 2 O → NDP + P, чтобы управлять раскручиванием ДНК или РНК .

Функция

У прокариот RecQ необходим для рекомбинации плазмид и восстановления ДНК от УФ-излучения, свободных радикалов и алкилирующих агентов. Этот белок также может устранять повреждения, вызванные ошибками репликации. У эукариот репликация не происходит нормально в отсутствие белков RecQ, которые также участвуют в старении, подавлении, рекомбинации и восстановлении ДНК.

Структура

Члены семейства RecQ имеют три общих региона консервативной белковой последовательности, называемые:

Удаление N-концевых остатков (домены Helicase и RecQ-Ct) ухудшает как активность геликазы, так и АТФазы, но не влияет на связывающую способность RecQ, что подразумевает, что N-конец функционирует как каталитический конец. Усечения C-конца (домен HRDC) ставят под угрозу связывающую способность RecQ, но не каталитическую функцию. Важность RecQ в клеточных функциях иллюстрируется болезнями человека, которые все приводят к геномной нестабильности и предрасположенности к раку.

Клиническое значение

Существует по крайней мере пять человеческих генов RecQ; и мутации в трех человеческих генах RecQ вовлечены в наследственные заболевания человека: ген WRN при синдроме Вернера (WS), ген BLM при синдроме Блума (BS) и RECQL4 при синдроме Ротмунда-Томсона . [5] Эти синдромы характеризуются преждевременным старением и могут привести к заболеваниям рака , диабету 2 типа , остеопорозу и атеросклерозу , которые обычно встречаются в пожилом возрасте. Эти заболевания связаны с высокой частотой хромосомных аномалий, включая разрывы хромосом, сложные перестройки, делеции и транслокации, сайт-специфические мутации и, в частности, обмены сестринскими хроматидами (чаще при BS), которые, как полагают, вызваны высоким уровнем соматической рекомбинации.

Механизм

Для правильной работы геликаз RecQ необходимо специфическое взаимодействие с топоизомеразой III (Top 3). Top 3 изменяет топологический статус ДНК, связывая и расщепляя одноцепочечную ДНК и пропуская одноцепочечный или двухцепочечный сегмент ДНК через временный разрыв и, наконец, повторно лигируя разрыв. Взаимодействие геликазы RecQ с топоизомеразой III в N-концевой области участвует в подавлении спонтанной и вызванной повреждением рекомбинации, а отсутствие этого взаимодействия приводит к летальному или очень тяжелому фенотипу. Вырисовывающаяся картина ясно показывает, что геликазы RecQ совместно с Top 3 участвуют в поддержании геномной стабильности и целостности, контролируя события рекомбинации и восстанавливая повреждения ДНК в фазе G2 клеточного цикла. Важность RecQ для геномной целостности иллюстрируется болезнями, которые возникают вследствие мутаций или сбоев в геликазах RecQ; таким образом, крайне важно, чтобы RecQ присутствовал и функционировал для обеспечения надлежащего роста и развития человека.

WRN-хеликаза

АТФ -зависимая геликаза синдрома Вернера (хеликаза WRN) необычна среди геликаз семейства RecQ DNA тем, что имеет дополнительную экзонуклеазную активность. WRN взаимодействует с DNA-PKcs и комплексом белка Ku . Это наблюдение в сочетании с доказательствами того, что клетки с дефицитом WRN производят обширные делеции в местах соединения негомологичных концов ДНК, предполагает роль белка WRN в процессе репарации ДНК негомологичным соединением концов (NHEJ). [6] WRN также физически взаимодействует с основным фактором NHEJ X4L4 ( комплекс XRCC4 - ДНК-лигаза 4 ). [7] X4L4 стимулирует экзонуклеазную активность WRN, что, вероятно, облегчает обработку концов ДНК перед окончательным лигированием X4L4. [7]

WRN также, по-видимому, играет роль в разрешении промежуточных структур рекомбинации во время гомологичной рекомбинационной репарации (HRR) двухцепочечных разрывов ДНК. [6]

WRN участвует в комплексе с белками RAD51 , RAD54, RAD54B и ATR в осуществлении этапа рекомбинации во время репарации межцепочечных сшивок ДНК . [8]

Было представлено доказательство того, что WRN играет прямую роль в восстановлении повреждений ДНК, вызванных метилированием . Процесс, вероятно, включает в себя геликазную и экзонуклеазную активность WRN, которые работают вместе с ДНК-полимеразой бета в репарации эксцизии длинных заплат . [9]

Было обнаружено, что WRN играет особую роль в предотвращении или восстановлении повреждений ДНК, вызванных хроническим окислительным стрессом , особенно в медленно реплицирующихся клетках. [10] Это открытие предполагает, что WRN может играть важную роль в борьбе с окислительными повреждениями ДНК, которые лежат в основе нормального старения [10] (см. теорию повреждения ДНК при старении ).

BLM-хеликаза

Клетки людей с синдромом Блума чувствительны к повреждающим ДНК агентам, таким как УФ-излучение и метилметансульфонат [11], что указывает на недостаточную способность к восстановлению ДНК .

Почкующиеся дрожжи Saccharomyces cerevisiae кодируют ортолог белка синдрома Блума (BLM), который обозначается как Sgs1 (малый подавитель роста 1). Sgs1(BLM) — это геликаза, которая функционирует в гомологичной рекомбинационной репарации двухцепочечных разрывов ДНК. Хеликаза Sgs1(BLM) по-видимому, является центральным регулятором большинства событий рекомбинации, которые происходят во время мейоза S. cerevisiae . [12] Во время нормального мейоза Sgs1(BLM) отвечает за направление рекомбинации в сторону альтернативного образования либо ранних некроссоверов, либо молекул соединений Холлидея , последние впоследствии разрешаются как кроссоверы . [12]

В растении Arabidopsis thaliana гомологи геликазы Sgs1(BLM) действуют как основные барьеры для образования мейотического кроссинговера. [13] Считается, что эти геликазы вытесняют вторгающуюся цепь, позволяя ей отжигаться с другим 3'-выступающим концом двухцепочечного разрыва, что приводит к образованию некроссоверной рекомбинации с помощью процесса, называемого синтез-зависимым отжигом цепи (SDSA) (см. статью в Википедии « Генетическая рекомбинация »). По оценкам, только около 5% двухцепочечных разрывов восстанавливаются путем кроссоверной рекомбинации. Sequela-Arnaud et al. [13] предположили, что число кроссинговеров ограничено из-за долгосрочных затрат на кроссоверную рекомбинацию, то есть разрыва благоприятных генетических комбинаций аллелей, созданных прошлым естественным отбором .

RECQL4 геликаза

У людей, индивидуумы с синдромом Ротмунда-Томсона и носители мутации зародышевой линии RECQL4 , имеют несколько клинических признаков ускоренного старения . Эти признаки включают атрофические изменения кожи и пигментации, алопецию , остеопению , катаракту и повышенную заболеваемость раком . [14] У мышей с мутацией RECQL4 также наблюдаются признаки ускоренного старения. [15]

RECQL4 играет решающую роль в резекции концов ДНК , которая является начальным шагом, необходимым для восстановления двухцепочечных разрывов, зависящих от гомологичной рекомбинации (HR). [16] Когда RECQL4 истощается, HR-опосредованная репарация и резекция 5'-конца значительно снижаются in vivo . RECQL4 также, по-видимому, необходим для других форм восстановления ДНК , включая негомологичное соединение концов , репарацию нуклеотидной эксцизии и репарацию эксцизии оснований . [14] Связь недостаточной репарации ДНК, опосредованной RECQL4, с ускоренным старением согласуется с теорией старения, основанной на повреждении ДНК .

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Bernstein DA, Keck JL (июнь 2003 г.). «Картирование домена Escherichia coli RecQ определяет роль консервативных N- и C-концевых областей в семействе RecQ». Nucleic Acids Res . 31 (11): 2778–85. doi :10.1093/nar/gkg376. PMC  156711. PMID  12771204 .
  2. ^ Cobb JA, Bjergbaek L, Gasser SM (октябрь 2002 г.). «RecQ helicases: at the heart of genetic stable» (Геликазы RecQ: в основе генетической стабильности). FEBS Lett . 529 (1): 43–8. Bibcode : 2002FEBSL.529...43C. doi : 10.1016/S0014-5793(02)03269-6 . PMID  12354611. S2CID  19451131.
  3. ^ Канеко Х., Фукао Т., Кондо Н. (2004). «Функция семейства генов геликазы RecQ (особенно BLM) в рекомбинации и соединении ДНК». Adv. Biophys . 38 : 45–64. doi :10.1016/S0065-227X(04)80061-3. PMID  15493327.
  4. ^ Ouyang KJ, Woo LL, Ellis NA (2008). «Гомологичная рекомбинация и поддержание целостности генома: рак и старение через призму человеческих геликаз RecQ». Mech. Ageing Dev . 129 (7–8): 425–40. doi :10.1016/j.mad.2008.03.003. PMID  18430459. S2CID  6804631.
  5. ^ Ханада К, Хиксон ИД (сентябрь 2007 г.). «Молекулярная генетика расстройств RecQ геликазы». Cell. Mol. Life Sci . 64 (17): 2306–22. doi :10.1007/s00018-007-7121-z. PMC 11136437. PMID 17571213.  S2CID 29287970  . 
  6. ^ ab Thompson LH, Schild D (2002). "Рекомбинационная репарация ДНК и болезни человека". Mutat. Res . 509 (1–2): 49–78. Bibcode : 2002MRFMM.509...49T. doi : 10.1016/s0027-5107(02)00224-5. PMID  12427531.
  7. ^ ab Kusumoto R, Dawut L, Marchetti C, Wan Lee J, Vindigni A, Ramsden D, Bohr VA (2008). «Белок Вернера взаимодействует с комплексом XRCC4-ДНК-лигаза IV в процессе конечной обработки». Биохимия . 47 (28): 7548–56. doi :10.1021/bi702325t. PMC 2572716. PMID  18558713 . 
  8. ^ Otterlei M, Bruheim P, Ahn B, Bussen W, Karmakar P, Baynton K, Bohr VA (2006). «Белок синдрома Вернера участвует в комплексе с RAD51, RAD54, RAD54B и ATR в ответ на остановку репликации, вызванную ICL». J. Cell Sci . 119 (Pt 24): 5137–46. doi : 10.1242/jcs.03291 . PMID  17118963.
  9. ^ Harrigan JA, Wilson DM, Prasad R, Opresko PL, Beck G, May A, Wilson SH, Bohr VA (2006). «Белок синдрома Вернера участвует в репарации эксцизии оснований и сотрудничает с ДНК-полимеразой бета». Nucleic Acids Res . 34 (2): 745–54. doi :10.1093/nar/gkj475. PMC 1356534. PMID  16449207 . 
  10. ^ ab Szekely AM, Bleichert F, Nümann A, Van Komen S, Manasanch E, Ben Nasr A, Canaan A, Weissman SM (2005). «Белок Вернера защищает непролиферирующие клетки от окислительного повреждения ДНК». Mol. Cell. Biol . 25 (23): 10492–506. doi :10.1128/MCB.25.23.10492-10506.2005. PMC 1291253. PMID  16287861 . 
  11. ^ So S, Adachi N, Lieber MR, Koyama H (2004). «Генетические взаимодействия между BLM и ДНК-лигазой IV в клетках человека». J. Biol. Chem . 279 (53): 55433–42. doi : 10.1074/jbc.M409827200 . PMID  15509577.
  12. ^ Аб Де Муйт А, Джессоп Л, Колар Э, Сурираджан А, Чен Дж, Даяни Ю, Лихтен М (2012). «Ортолог геликазы BLM Sgs1 является центральным регулятором промежуточного метаболизма мейотической рекомбинации». Мол. Клетка . 46 (1): 43–53. doi :10.1016/j.molcel.2012.02.020. ПМЦ 3328772 . ПМИД  22500736. 
  13. ^ ab Сегела-Арно М, Крисмани В, Ларшевек С, Мазель Дж, Фрогер Н, Шойнар С, Лемхемди А, Макейн Н, Ван Лин Дж, Геварт К, Де Джагер Г, Челышева Л, Мерсье Р (2015). «Множественные механизмы ограничивают мейотические кроссоверы: TOP3α и два гомолога BLM противодействуют кроссинговерам параллельно с FANCM». Учеб. Натл. акад. наук. США . 112 (15): 4713–8. Бибкод : 2015PNAS..112.4713S. дои : 10.1073/pnas.1423107112 . ПМК 4403193 . ПМИД  25825745. 
  14. ^ ab Lu L, Jin W, Wang LL (2017). «Старение при синдроме Ротмунда-Томсона и связанных с ним генетических расстройствах RECQL4». Ageing Res. Rev. 33 : 30–35. doi :10.1016/j.arr.2016.06.002. PMID  27287744. S2CID  28321025.
  15. ^ Lu H, Fang EF, Sykora P, Kulikowicz T, Zhang Y, Becker KG, Croteau DL, Bohr VA (2014). «Старение, вызванное дисфункцией RECQL4, способствует признакам синдрома Ротмунда-Томсона у мышей». Cell Death Dis . 5 (5): e1226. doi :10.1038/cddis.2014.168. PMC 4047874. PMID  24832598 . 
  16. ^ Лу Х, Шаманна Р.А., Кейзерс Г., Ананд Р., Расмуссен Л.Дж., Чейка П., Крото Д.Л., Бор В.А. (2016). «RECQL4 способствует резекции концов ДНК при восстановлении двухцепочечных разрывов ДНК». Представитель ячейки . 16 (1): 161–73. дои : 10.1016/j.celrep.2016.05.079. ПМЦ 5576896 . ПМИД  27320928. 

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки