stringtranslate.com

ДНК-(апуриновый или апиримидиновый сайт) лиаза

Фермент ДНК-(апуриновый или апиримидиновый сайт) лиаза , также называемый ДНК-(апуриновый или апиримидиновый сайт) 5'-фосфомоноэстер-лиазой (систематическое название) или ДНК-AP лиаза (EC 4.2.99.18) катализирует расщепление связи COP 3' от апуринового или апиримидинового сайта в ДНК через реакцию β-элиминирования , оставляя 3'-концевой ненасыщенный сахар и продукт с конечным 5'-фосфатом. [1] В 1970-х годах было обнаружено, что этот класс ферментов восстанавливает апуриновые или апиримидиновые сайты ДНК в E. coli и в клетках млекопитающих. Основным активным ферментом этого класса в бактериях, и в частности, в E. coli, является эндонуклеаза типа III. Этот фермент является частью семейства лиаз , которые расщепляют связи углерод-кислород.

Другие названия ДНК-AP-лиазы включают: AP-лиаза ; AP-эндонуклеаза класса I ; эндодезоксирибонуклеаза (апуриновая или апиримидиновая) ; дезоксирибонуклеаза (апуриновая или апиримидиновая) ; эндонуклеаза III E. coli ; УФ-эндонуклеаза фага T4 ; УФ-эндонуклеаза Micrococcus luteus ; AP-сайт-ДНК 5'-фосфомоноэстер-лиаза ; и рентгеновская эндонуклеаза III .

Структурные исследования

Поскольку ДНК-AP-лиаза представляет собой класс структур, имеющих многочисленные целевые гены, кодирующие различные вариации фермента, не существует единой структуры фермента, которая могла бы быть использована в качестве примера, охватывающего все версии фермента. По состоянию на март 2015 года для этого класса ферментов было решено 99 структур . Примерами из PDB являются коды доступа 1ENI, 1ENJ, 1ENK, 1K3W, 1K3X, 1K82, 1N39, 1N3A, 1N3C, 1VAS, 1XG7, 1XQO, 1XQP, 2ABK, 1EA0, 2I5W, 2J63, 2NOB, 2NOE, 2NOF, 2NOH, 2NOI, 2NOL, 2NOZ, 2OPF, 3TWK, 3TWL, 3TWM, 4PII и 7Z5A.

Механизм

Ферменты AP-лиазы катализируют реакции, аналогичные реакции β-элиминирования. Первоначально гидролизы AP, такие как апуриновая или апиримидиновая эндонуклеаза I, содержат активный центр Mg2 + , который расщепляет ДНК с 5'-стороны, давая 5'-дезоксирибозофосфат и 3'-ОН. [2] AP-сайт в ДНК появляется, когда гликозильная связь, соединяющая пуриновое или пиримидиновое основание с дезоксирибозным сахаром, расщепляется. [3] Эта реакция называется депуринизацией или депиримидинированием. Сахар в AP-сайте представляет собой крайне нестабильный циклический ион карбоксония, который подвергается быстрому гидролизу с образованием диастереомерной смеси 2-дезокси-α- D- рибозы и 2-дезокси-β- D -рибозы. Ферменты AP-лиазы могут быть захвачены как на предварительно надрезанной, так и на ненадрезанной AP-ДНК с помощью восстанавливающего агента, такого как борогидрид натрия . Более того, каталитический механизм AP-лиаз, реакция β-элиминирования, протекает через промежуточное соединение иминного фермента и ДНК. [4]

Механизм AP-лиазы. [2] AP-лиаза (синий цвет) катализирует вторую реакцию.

Биологическая функция

В E. coli ДНК-AP-лиаза (эндонуклеаза III) помогает восстанавливать окислительные повреждения оснований ДНК, катализируя вырезание поврежденных пиримидинов и пуринов из кольцевого насыщения или открытия остова ДНК. Это повреждение может быть вызвано неферментативным гидролизом и/или воздействием ионизирующего излучения. [5] [6]

Как УФ-эндонуклеаза V из бактериофага T4 (УФ-эндонуклеаза V), так и УФ-эндонуклеаза III из E. coli катализируют реакции N-гликозилазы и 3'-абазической эндонуклеазы. Было показано, что УФ-эндонуклеазы бактериофага T4 и Micrococcus luteus на самом деле не относятся к классу «эндонуклеаз», а скорее являются катализаторами β-элиминирования для реакций на сайтах AP на связи C 3' -OP, что позволяет классифицировать их как AP-лиазы. УФ-эндонуклеазы фага T4 также катализируют реакцию δ-реакции, разрывая связь C 5' -OP на сайтах AP, хотя эта реакция медленная, и фермент все равно следует классифицировать как AP-лиазу. Это открытое кольцо позволяет заменять правильное основание другими ферментами. [7] [8] [9]

Активность ДНК AP-лиазы документирована как имеющая схожую функцию как в E. Coli , так и в людях. Гомолог эндонуклеазы III, гомолог 1 человеческой эндонуклеазы III или hNTH1 функционирует у людей так же, как и его гомолог в E. Coli . [10]

Актуальность заболевания

Повреждение ДНК повсеместно распространено среди всех форм жизни. По оценкам, на одну человеческую гамету приходится от 1 x 10−4 до 1 x 10−6 мутаций , что следует из обнаружения по крайней мере одной мутации в определенном локусе на миллион гамет. [11] ДНК — единственная биологическая молекула, которая полагается исключительно на восстановление существующих молекул, и является самой большой молекулой, которая может продолжать функционировать, несмотря на многочисленные мутации; таким образом, мутации накапливаются с течением времени. [12] Однако без этого восстановления могут возникнуть такие состояния, как синдром чувствительности к УФ-излучению , [13] пигментная ксеродерма , [14] и синдром Коккейна [12] .

Примеры

Наименее тяжелая из трех, люди, страдающие синдромом чувствительности к УФ-излучению, испытывают УФ-гиперчувствительность. Синдром возникает из-за мутации в белке KIAA1530 . В отличие от других тяжелых состояний, связанных с раком кожи и значительным сокращением продолжительности жизни, [15] это состояние может привести к появлению веснушек и других дефектов кожи, но не увеличивает вероятность возникновения рака кожи. [16] Это состояние настолько редкое, что было задокументировано, что оно возникло у семи человек [17] по всему миру. Однако предполагается, что это состояние недостаточно изучено, и на самом деле людей, живущих с этим синдромом, больше.

Пигментная ксеродерма или XP — редкое генетическое заболевание, которое встречается во всем мире. У пораженных людей воздействие УФ-излучения, особенно солнечного, ограничено, и возникают солнечная пигментация и ксероз. У пораженных могут выпадать брови, глаза могут наливаться кровью, а в крайних случаях, без лечения, может наблюдаться сильное фотоповреждение, приводящее к раку кожи и сокращению продолжительности жизни из-за метастатической злокачественной меланомы и плоскоклеточного рака . [18] Однако некоторые исследования сообщают, что экспериментальное лечение с помощью репаративного фермента T4 эндонуклеазы V [19] и перорального изотретиноина может быть полезным для профилактики рака кожи, приобретенного в результате этого заболевания. [20] [21]

Если транскрипционно-связанная репарация утрачена, это мало влияет на мутагенез; однако это имеет серьезные последствия для прогероидных синдромов , особенно в генах, кодирующих белки CSA и CSB. Мутации в этих генах вызывают синдром Коккейна , который характеризуется ранним прекращением роста и развития, что приводит к тяжелой и прогрессирующей нейродисфункции, связанной с демиелинизацией, сенсоневральной тугоухостью, катарактой, кахексией и слабостью. [12] Средняя продолжительность жизни пациентов с этим заболеванием составляет 12 лет. [15] У пациентов с CS типа II, у которых наблюдается незначительный рост нейронов после рождения, продолжительность жизни значительно сокращается до 7 лет после рождения. Это состояние может возникать наряду с пигментной ксеродермой, приводя к синдрому пигментной ксеродермы-Коккейна ( XP-CS ).

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ "Homo sapiens GO:0003906 - Активность ДНК-лиазы (апуриновый или апиримидиновый сайт)". HumanCyc . SRI International . Получено 9 марта 2015 г. .
  2. ^ ab Müller TA, Andrzejak MM, Hausinger RP (2013). "Ковалентный белок-ДНК 5'-продукт аддукта образуется в результате активности AP-лиазы человеческого ALKBH1 (гомолог 1 AlkB)". Biochem J . 452 (3): 509–18. doi :10.1042/BJ20121908. PMC 4126167 . PMID  23577621. 
  3. ^ Лёб, ЛА; Престон, БД (1986). «Мутагенез по апуриновым/апиримидиновым сайтам». Annual Review of Genetics . 20 : 201–30. doi :10.1146/annurev.ge.20.120186.001221. PMID  3545059.
  4. ^ Piersen CE, McCullough AK, Lloyd RS (2000). «AP-лиазы и dRPases: общность механизма». Mutat Res . 459 (1): 43–53. doi :10.1016/s0921-8777(99)00054-3. PMID  10677682.
  5. ^ Линдаль, Т; Ниберг, Б (1972). «Скорость депуринизации нативной дезоксирибонуклеиновой кислоты». Биохимия . 11 (19): 3610–8. doi :10.1021/bi00769a018. PMID  4626532.
  6. ^ Verly, WG (1982). «Репарация AP-сайтов в ДНК». Biochimie . 64 (8–9): 603–5. doi :10.1016/s0300-9084(82)80096-5. PMID  6814509.
  7. ^ Manoharan, Muthiah.; Mazumder, Abhijit.; Ransom, Stephen C.; Gerlt, John A.; Bolton, Philip H. (1988). «Механизм расщепления УФ-эндонуклеазой-V абазических участков ДНК, определяемый маркировкой C-13». J. Am. Chem. Soc . 110 (8): 2690–2691. doi :10.1021/ja00216a074.
  8. ^ Bailly, V; Sente, B; Verly, WG (1989). «УФ-эндонуклеазы бактериофага T4 и Micrococcus luteus не являются эндонуклеазами, а катализаторами бета-элиминации и иногда бета-дельта-элиминации». The Biochemical Journal . 259 (3): 751–9. doi :10.1042/bj2590751. PMC 1138582. PMID  2471512 . 
  9. ^ Bailly, V; Verly, WG (1987). «Эндонуклеаза III Escherichia coli — это не эндонуклеаза, а катализатор бета-элиминации». The Biochemical Journal . 242 (2): 565–72. doi :10.1042/bj2420565. PMC 1147742. PMID  2439070 . 
  10. ^ Аспинуолл, Р.; Ротвелл, Д.Г.; Ролдан-Архона, Т.; Ансельмино, К.; Уорд, К.Дж.; Чидл, Дж.П.; Сэмпсон, Дж.Р.; Линдаль, Т.; Харрис, П.К.; Хиксон, И.Д. (1997). «Клонирование и характеристика функционального человеческого гомолога эндонуклеазы III Escherichia coli». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 94 (1): 109–14. Bibcode : 1997PNAS...94..109A. doi : 10.1073 /pnas.94.1.109 . PMC 19249. PMID  8990169. 
  11. ^ Клэнси, Сюзанна (2008). «Повреждение и восстановление ДНК: механизмы поддержания целостности ДНК». Nature Education . 1 (1): 103 . Получено 8 марта 2015 г. .
  12. ^ abc Hoeijmakers, JH (2009). «Повреждение ДНК, старение и рак». New England Journal of Medicine . 361 (15): 1475–85. doi :10.1056/NEJMra0804615. PMID  19812404. S2CID  205115506.
  13. ^ Швертман, П; Вермюлен, В; Мартейн, Дж. А. (2013). «UVSSA и USP7, новая пара в репарации ДНК, связанной с транскрипцией». Хромосома . 122 (4): 275–84. дои : 10.1007/s00412-013-0420-2. ПМЦ 3714559 . ПМИД  23760561. 
  14. ^ Halpern, J.; Hopping, B.; Brostoff, J. (2008). «Фоточувствительность, рубцевание роговицы и задержка развития: пигментная ксеродерма в тропической стране». Cases Journal . 1 (1): 254. doi : 10.1186/1757-1626-1-254 . PMC 2577106. PMID  18937855 . 
  15. ^ ab Andresso, JO; Hoeijmakers, JH (2005). "Транскрипционно-связанная репарация и преждевременное старение". Mutation Research/Fundamental and Molecular Mechanisms of Mutagenesis . 577 (1–2): 179–94. Bibcode : 2005MRFMM.577..179A. doi : 10.1016/j.mrfmmm.2005.04.004. PMID  16009385.
  16. ^ "Синдром чувствительности к УФ-излучению". Genetics Home Reference . Получено 10 марта 2015 г.
  17. ^ "DNA Repair Disorders". Geneskin . Архивировано из оригинала 4 марта 2015 г. Получено 10 марта 2015 г.
  18. ^ Ли, Лэй (8 января 2007 г.). "Глава 3. Эксцизионная репарация нуклеотидов". РЕПАРАЦИЯ ДНК, ГЕНЕТИЧЕСКАЯ НЕСТАБИЛЬНОСТЬ И РАК . World Scientific Publishing . стр. 75–76. ISBN 978-981-270-014-8.
  19. ^ Ярош, Д.; Кляйн, Дж.; О'Коннор, А.; Хок, Дж.; Рафаль, Э.; Вольф, П. (2001). «Влияние эндонуклеазы V T4, применяемой местно в липосомах, на рак кожи при пигментной ксеродерме: рандомизированное исследование. Группа по изучению пигментной ксеродермы». Lancet . 357 (9260): 926–9. doi :10.1016/s0140-6736(00)04214-8. PMID  11289350. S2CID  54406695.
  20. ^ Kraemer, KH; Digiovanna, JJ; Moshell, AN; Tarone, RE; Peck, GL (1988). «Профилактика рака кожи при пигментной ксеродерме с использованием перорального изотретиноина». New England Journal of Medicine . 318 (25): 1633–7. doi :10.1056/NEJM198806233182501. PMID  3287161.
  21. ^ Bath-Hextall F, Leonardi-Bee J, Somchand N, Webster A, Delitt J, Perkins W (2007). «Вмешательства для профилактики немеланомного рака кожи в группах высокого риска». Cochrane Database Syst Rev. 2015 ( 4): CD005414. doi :10.1002/14651858.CD005414.pub2. hdl : 2123/22258 . PMC 10799667. PMID  17943854 . 

Дальнейшее чтение