stringtranslate.com

Фотолиаза

Фотолиазы ( EC 4.1.99.3) представляют собой ферменты репарации ДНК , которые восстанавливают повреждения, вызванные воздействием ультрафиолетового света. Этим ферментам необходим видимый свет (фиолетового/синего конца спектра) как для собственной активации [1] , так и для фактической репарации ДНК. [2] Механизм репарации ДНК с участием фотолиаз называется фотореактивацией. В основном они превращают димеры пиримидина в нормальную пару пиримидиновых оснований. Фотореактивация, первый открытый механизм репарации ДНК , был первоначально описан Альбертом Кельнером в 1949 году [3] и независимо Ренато Дульбекко также в 1949 году. [4] [5] [6]

Функция

Фотолиазы связывают комплементарные цепи ДНК и разрушают определенные типы пиримидиновых димеров , которые возникают, когда пара тиминовых или цитозиновых оснований на одной и той же цепи ДНК становится ковалентно связанной. Длина связи этой димеризации короче, чем длина связи нормальной структуры B-ДНК, которая создает неправильную матрицу для репликации и транскрипции. [7] Более распространенная ковалентная связь включает образование циклобутанового мостика. Фотолиазы обладают высоким сродством к этим повреждениям, обратимо связывают их и превращают обратно в исходные основания. Процесс репарации ДНК, катализируемый фотолиазой, при котором расщепляются димеры циклобутан-пиримидина, был изучен с помощью кристаллографии с временным разрешением и компьютерного анализа, позволяющего визуализировать процесс на атомном уровне. [8]

Эволюция

Фотолиаза — это филогенетически старый фермент, который присутствует и функционирует у многих видов: от бактерий до грибов , растений [ 9] и животных . [10] Фотолиаза особенно важна для восстановления повреждений растений, вызванных УФ-излучением. Фотолиазный механизм больше не работает у людей и других плацентарных млекопитающих, которые вместо этого полагаются на менее эффективный механизм эксцизионной репарации нуклеотидов , хотя у них сохраняется много криптохромов . [11] Морозный стресс у однолетней пшеницы Triticum aestivum и ее многолетнего родственника Thinopyrum intermedium сопровождается значительным увеличением экспрессии ДНК-фотолиаз. [12]

Фотолиазы представляют собой флавопротеины и содержат два светособирающих кофактора . Многие фотолиазы имеют N-концевой домен , который связывает второй кофактор. Все фотолиазы содержат восстановленную двумя электронами FADH- ; они делятся на два основных класса в зависимости от второго кофактора, которым может быть либо метенилтетрагидрофолат птерина (MTHF) в фолат-фотолиазах , либо деазафлавин -8-гидрокси-7,8-дидеметил-5-деазарибофлавин (8-HDF) в деазафлавин-фотолиазах. . Хотя для каталитической активности необходим только ФАД, второй кофактор значительно ускоряет скорость реакции в условиях низкой освещенности. Фермент действует путем переноса электронов , при котором восстановленный флавин FADH активируется энергией света и действует как донор электронов, разрушая димер пиримидина. [13]

На основании сходства последовательностей ДНК-фотолиазы можно разделить на несколько классов: [14] [15]

Ветвь CPD, не относящаяся к классу 2, имеет тенденцию группироваться в класс 1 в некоторых системах, таких как PRINTS (PR00147). Хотя члены более мелких групп согласованы, филогения может сильно различаться у разных авторов из-за различий в методологии, что приводит к некоторой путанице с авторами, которые пытаются уместить все (за исключением FeS-BCP) в классификацию двух классов. [15] Криптохромы образуют полифилетическую группу, включающую фотолиазы, которые утратили активность по восстановлению ДНК и вместо этого контролируют циркадные ритмы. [14] [15]

Приложение

Добавление фотолиазы из сине-зеленых водорослей Anacystis nidulans к клеткам HeLa частично уменьшило повреждение ДНК от воздействия UVB. [17]

Белки человека, содержащие этот домен

Криптохромы: CRY1 ; CRY2

Номенклатура

Систематическое название этого класса ферментов — дезоксирибоциклобутадипиримидинпиримидинлиаза . Другие широко используемые названия включают фотореактивирующий фермент , ДНК-фотолиазу , ДНК-фотореактивирующий фермент , ДНК-циклобутандипиримидинфотолиазу , ДНК-фотолиазу , дезоксирибонуклеиновую фотолиазу , дезоксирибодипиримидинфотолиазу , фотолиазу , PRE , фотолиазу PhrB , дезоксирибонуклеиновую циклобутандипиримидинфотолиазу , фотолиазу PhrA . римидинфотолиаза ( светочувствительный) и дезоксирибонуклеатпиримидиндимерлиаза (фоточувствительный) . Этот фермент принадлежит к семейству лиаз , а именно к универсальному классу углерод-углеродных лиаз.

Рекомендации

  1. ^ Ямамото Дж., Симидзу К., Канда Т., Хосокава Ю., Иваи С., Плаза П., Мюллер П. (октябрь 2017 г.). «Потеря четвертого переносящего электрон триптофана у животных (6-4) фотолиазы ухудшает активность восстановления ДНК в бактериальных клетках». Биохимия . 56 (40): 5356–5364. doi : 10.1021/acs.biochem.7b00366. ПМИД  28880077.
  2. ^ Тиагараджан В., Бирдин М., Экер А.П., Мюллер П., Бреттель К. (июнь 2011 г.). «Кинетика расщепления димера циклобутан-тимина ДНК-фотолиазой, контролируемая непосредственно в УФ». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 108 (23): 9402–7. Бибкод : 2011PNAS..108.9402T. дои : 10.1073/pnas.1101026108 . ПМК 3111307 . ПМИД  21606324. 
  3. ^ Кельнер, А. 1949 Влияние видимого света на восстановление конидий Streptomyces griseus после повреждений, вызванных ультрафиолетовым облучением. Учеб. Натл. акад. наук. США, 35, 73–79
  4. ^ Дульбекко Р. Реактивация бактериофага, инактивированного ультрафиолетом, видимым светом. Природа. 18 июня 1949 г.; 163 (4155): 949. дои: 10.1038/163949b0. ПМИД 18229246
  5. ^ Дульбекко Р. Эксперименты по фотореактивации бактериофагов, инактивированных ультрафиолетовым излучением. J Бактериол. Март 1950 г.;59(3):329-47. дои: 10.1128/jb.59.3.329-347.1950. ПМИД 15436402; PMCID: PMC385765
  6. ^ Фридберг ЕС. История репарации ДНК и области мутагенеза: I. Открытие ферментативной фотореактивации. Восстановление ДНК (Амст). Сентябрь 2015 г.; 33: 35–42. doi: 10.1016/j.dnarep.2015.06.007. Epub 2015, 24 июня. PMID 26151545.
  7. ^ Гаррет Р.Х., Гришэм К.М. (2010). Биохимия . Брукс/Коул, Cengage Learning. ISBN 978-0-495-10935-8. ОКЛК  984382855.
  8. ^ Маэстре-Рейна М, Ван ПХ, Нанго Э, Хосокава Ю, Сафт М, Фуррер А, Ян CH, Густи Нгура Путу EP, Ву WJ, Эммерих HJ, Карамелло Н, Франц-Бадур С, Ян С, Энгильберге С, Враник М, Гловер Х.Л., Вайнерт Т., Ву ХИ, Ли CC, Хуан В.К., Хуан К.Ф., Чанг Ю.К., Ляо Дж.Х., Венг Дж.Х., Гад В., Чанг К.В., Панг А.Х., Ян К.К., Линь В.Т., Чанг Ю.К., Гаши Д., Бил Э, Озеров Д, Насс К, Кнопп Г, Джонсон ПДжМ, Сирелли С, Милн С, Баселлар С, Сугахара М, Овада С, Джоти Ю, Ямасита А, Танака Р, Танака Т, Луо Ф, Тоно К, Зажицка В , Мюллер П, Алахмад М.А., Безольд Ф., Фукс В., Гнау П., Кионтке С., Корф Л., Райтофер В., Рознер К.Дж., Зайлер Э.М., Ватад М., Верель Л., Спадаччини Р., Ямамото Дж., Ивата С., Чжун Д., Стендфусс Дж., Ройант А., Бесшо Ю., Эссен Л.О., Цай М.Д. Визуализация процесса восстановления ДНК фотолиазой с атомным разрешением. Наука. Декабрь 2023 г.;382(6674):eadd7795. doi: 10.1126/science.add7795. Epub, 1 декабря 2023 г. PMID 38033054.
  9. ^ Тераниши М., Накамура К., Мориока Х., Ямамото К. и Хидема Дж. (2008). «Нативная циклобутанпиримидиндимерная фотолиаза риса фосфорилируется». Физиология растений . 146 (4): 1941–1951. дои : 10.1104/стр.107.110189. ПМК 2287361 . ПМИД  18235036. {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  10. ^ ab Selby CP, Sancar A (ноябрь 2006 г.). «Класс ферментов криптохрома/фотолиазы с фотолиазной активностью, специфичной для одноцепочечной ДНК». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 103 (47): 17696–700. Бибкод : 2006PNAS..10317696S. дои : 10.1073/pnas.0607993103 . ПМК 1621107 . ПМИД  17062752. 
  11. ^ Лукас-Льедо Дж.И., Линч М. (май 2009 г.). «Эволюция скорости мутаций: филогеномный анализ семейства фотолиаз/криптохромов». Молекулярная биология и эволюция . 26 (5): 1143–53. дои : 10.1093/molbev/msp029. ПМЦ 2668831 . ПМИД  19228922. 
  12. ^ Джайкумар Н.С., Дорн К.М., Баас Д., Уилке Б., Капп С., Снапп СС. На повреждение нуклеиновых кислот и восстановление ДНК влияет морозный стресс у однолетней пшеницы (Triticum aestivum), а также возраст растения и замерзание у ее многолетнего родственника (Thinopyrum intermedium). Я Джей Бот. 2020 декабрь;107(12):1693-1709. дои: 10.1002/ajb2.1584. Epub, 19 декабря 2020 г. PMID 33340368.
  13. ^ Санджар А (июнь 2003 г.). «Структура и функция ДНК-фотолиазы и криптохромных фоторецепторов синего света». Химические обзоры . 103 (6): 2203–37. дои : 10.1021/cr0204348. ПМИД  12797829.
  14. ^ abcd Ширер П., Чжан Ф., Калмс Дж., фон Штеттен Д., Краус Н., Оберпихлер И., Лампартер Т. (май 2015 г.). «Структура фотолиазы циклобутанпиримидиндимера III класса обнаруживает новый сайт связывания антенного хромофора и альтернативные пути фотовосстановления». Журнал биологической химии . 290 (18): 11504–14. дои : 10.1074/jbc.M115.637868 . ПМЦ 4416854 . ПМИД  25784552. 
  15. ^ abcd Ривера А.С., Озтюрк Н., Фэйи Б., Плашецки Д.К., Дегнан Б.М., Санкар А., Окли Т.Х. (апрель 2012 г.). «Криптохром, чувствительный к синему свету, экспрессируется в губчатом глазу, лишенном нейронов и опсина». Журнал экспериментальной биологии . 215 (Часть 8): 1278–86. дои : 10.1242/jeb.067140. ПМК 3309880 . ПМИД  22442365. 
  16. ^ Маккриди С., Марчелло Л. Восстановление повреждений от ультрафиолета у Halobacterium salinarum. Biochem Soc Trans. 2003 июня;31(Часть 3):694-8. дои: 10.1042/bst0310694. ПМИД 12773185
  17. ^ Кульмс Д., Поппельманн Б., Ярош Д., Люгер Т.А., Крутманн Дж., Шварц Т. (июль 1999 г.). «Эффекты ядер и клеточных мембран независимо способствуют индукции апоптоза в клетках человека, подвергшихся воздействию УФВ-излучения». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 96 (14): 7974–9. Бибкод : 1999PNAS...96.7974K. дои : 10.1073/pnas.96.14.7974 . ПМК 22172 . ПМИД  10393932. 

дальнейшее чтение

Внешние ссылки