Csúszó bilincs fehérjék

Sliding clamp proteins , vagy sliding clamp ( eng.  DNA clamp ) – olyan fehérjék , amelyek processzivitás -erősítőként működnek a DNS-replikációban .

A siklókapcsos fehérjék a DNS polimeráz III holoenzim fontos komponensei, és megakadályozzák az enzim disszociációját a DNS-templátból. Mivel a DNS- szintézis reakciójában a sebességet korlátozó lépés a DNS-polimeráz kötődése a templáthoz, a csúszó clamp fehérje jelenléte jelentősen megnöveli a növekvő lánchoz kapcsolódó nukleotidok számát az enzim templáthoz való kapcsolódása során. Ennek az az oka, hogy a fehérje-fehérje kölcsönhatás erősebb és specifikusabb, mint a polimeráz és a DNS-templát közötti kölcsönhatás. A sikló bilincsfehérjék akár ezerszeresére növelik a DNS-szintézis sebességét, mint a nem processzív polimerázé [2] .

Szerkezet

A csúszókapocs fehérjék olyan α+β fehérjék, amelyek multimer struktúrákká állnak össze, amelyek teljesen körülveszik a DNS kettős hélixet, amikor a DNS polimeráz nukleotidokat ad a növekvő szálhoz [3] . Körülveszik a DNS-t a replikációs villánál, és a haladó polimerázzal együtt "csúsznak" a DNS mentén. A csúszást megkönnyíti a vízmolekulák rétegének jelenléte a bilincs központi pórusában; ez a réteg választja el a fehérje és a DNS felületét, és kenőanyagként működik. A multimer toroid alakja miatt a bilincs nem tud szétválni a DNS-től anélkül, hogy monomerekre bomlana .

Csúszó bilincs fehérjéket találtak baktériumokban , archaeákban , eukariótákban és néhány vírusban . Baktériumokban a kapocs egy homodimer, amely a DNS polimeráz III két azonos β-alegységéből áll , ezért β-bilincsnek nevezik. Az archaeákban [4] és az eukariótákban a kapocs három PCNA -molekula trimere . A Phage T4 tolózárral is rendelkezik. Gp45-nek hívják, és szerkezetében az archaeán és eukarióta trimerhez hasonló trimer, azonban az alkotó monomerek nem mutatnak aminosavszekvencia homológiát sem PCNA-val, sem β-alegységekkel [3] .

Királyság Csúszó bilincs fehérjék Összesítési állapot Rokon DNS polimeráz
baktériumok A DNS polimeráz β alegységei III dimer DNS polimeráz III
Archaea PCNA archaean trimer DNS polimeráz ε
eukarióták PCNA trimer DNS polimeráz δ
Vírusok gp43/gp45 trimer RB69 DNS polimeráz / T4 DNS polimeráz

Baktériumok

Amint már említettük, baktériumokban a csúszó rögzítő a DNS polimeráz III holoenzim (β-clamp) két β-alegységének dimerje . A két β-alegységet a γ-alegység és az ATP hidrolízis energiája állítja össze a DNS körül . Miután a dimer összeállt a DNS körül, a β-alegységek affinitását a γ-alegységhez felváltja az α- és ε-alegységek iránti affinitás; ily módon teljes holoenzim jön létre [6] [7] [8] . A DNS-polimeráz III a legfontosabb enzimkomplex, amely részt vesz a DNS-replikációban baktériumokban.

A DNS polimeráz III γ-komplexe, amelyet a γδδ'χψ alegységek alkotnak, katalizálja az ATP hidrolízisét, és a keletkező energiát a DNS körüli β-dimer összeállítására irányítja, így chaperonként működik . A DNS-hez kötve a β-dimer szabadon csúszhat a DNS kettős hélix mentén. Az α-alegység biztosítja a DNS polimeráz polimeráz aktivitását, az ε-alegység pedig a 3'-5'- exonukleáz szerepét [8] .

A bakteriális DNS polimeráz III β-alegysége három topológiailag nem egyenértékű doménből áll (C-terminális, központi és N-terminális). A két β-alegység szoros kölcsönhatásban van egymással, zárt gyűrűt alkotva a DNS kettős hélix körül.

Eukarióták és archaeák

Az eukariótákban a csúszó rögzítő a DNS-polimeráz δ specifikus alegységeiből áll, amelyeket proliferáló sejtmag-antigénnek ( PCNA ) neveznek .  A PCNA C-terminális és N-terminális doménje topológiailag azonos. Három PCNA-molekula szorosan kölcsönhatásba lép egymással, zárt gyűrűt alkotva a DNS kettős hélix körül.

A PCNA aminosavszekvenciája meglehetősen konzervált az állatok és növények körében . Ez illusztrálja a természetes szelekció nyomását a szerkezet megőrzésére, és azt is megerősíti, hogy ez a típusú DNS-replikáció minden eukarióta esetében közös [10] .

A PCNA-val homológ fehérjéket azonosítottak az archaeában ( Euryarchaeota és Crenarchaeota ), a Paramecium bursaria Chlorella virus 1-ben (PBCV-1) és a nukleáris polyhedrosis vírusokban .

Vírusok

A virális sliding clamp fehérje, a gp45 alegysége 2 domént tartalmaz. Mindegyik domén két α-hélixből és két β-rétegből áll. Így ez az alegység 2 topológiailag azonos redőt tartalmaz , és ezekhez képest belső pszeudosimmetriával rendelkezik. 3 gp45 molekula szorosan kölcsönhatásba lép egymással, zárt gyűrűt alkotva a DNS kettős hélix körül [12] .

Összeszerelés

A sliding clamp proteineket a megfelelő DNS kettős hélixbe juttatja egy specifikus fehérje, amelyet replikációs faktor C néven ismerünk (sliding clamp protein loader proteins [13] ), amely a replikáció befejeződése után a cipzár komplexet is szétszedi. Ezen iniciátor fehérjék (loaderek) kötőhelyei átfedésben vannak a DNS-polimeráz kötőhelyeivel, így a cipzárfehérjék nem kötődhetnek egyszerre mind a betöltőhöz, mind a DNS polimerázhoz. Ezért a cipzár-komplex nem bomlik szét, amíg a DNS-polimerázhoz kötve marad. A csúszó bilincs fehérjék más tényezőkhöz is kötődnek, amelyek részt vesznek a DNS és a genom homeosztázisának fenntartásában, például a nukleoszóma összeállítási faktorokhoz , az Okazaki-fragmentum - kötő ligázokhoz és a DNS-javító fehérjékhez . Ezen fehérjék mindegyikében a clamp fehérjék kötőhelyei átfedésben vannak a betöltő kötőhelyekkel. Ez azt is biztosítja, hogy a rögzítőelemet ne szereljék szét, miközben ezen enzimek bármelyike ​​még működik. A betöltő fehérjéknek az ATP hidrolízis energiájára van szükségük a DNS körüli cipzárfehérjék bezárásához.

Jegyzetek

  1. ↑ PDB 1W60 ; Kontopidis  G., Wu SY , Zheleva DI, Taylor P., McInnes C., Lane DP, Fischer PM,  Walkinshaw MD az Amerikai Egyesült Államok Nemzeti Tudományos Akadémiája  : folyóirat. - 2005. - február ( 102. évf. , 6. sz.). - P. 1871-1876 . - doi : 10.1073/pnas.0406540102 . — PMID 15681588 .
  2. ↑ V. Mizrahi, RN Henrie, JF Marlier, KA Johnson, SJ Benkovic. Sebességkorlátozó lépések a DNS polimeráz I reakcióútjában  (angol)  // Biochemistry : Journal. - 1985. - 1. évf. 24 , sz. 15 . - P. 4010-4018 . - doi : 10.1021/bi00336a031 .
  3. ↑ 1 2 Bruck I., O'Donnell M. The ring-type polymerase sliding clamp család  //  Genome Biol. : folyóirat. - 2001. - Vol. 2 , sz. 1 . — P. SZEMLE3001 . - doi : 10.1186/gb-2001-2-1-reviews3001 . — PMID 11178284 .
  4. ↑ Matsumiya S., Ishino Y., Morikawa K. Archaeal DNS sliding clamp kristályszerkezete: Proliferating cell nukleáris antigén a Pyrococcus furiosusból  // Protein Sci  . : folyóirat. - 2001. - január ( 10. évf. , 1. sz.). - P. 17-23 . - doi : 10.1110/ps.36401 . — PMID 11266590 .
  5. ↑ EKT 1MMI ; Oakley AJ, Prosselkov P., Wijffels G., Beck JL, Wilce MC, Dixon NE Rugalmasságot az Escherichia coli DNS polimeráz III  (angol) béta sliding-clamp alegységének 1,85 Å kristályszerkezete tár fel (angol)  // Acta Crystallogr. D Biol. Crystallogr. : folyóirat. - International Union of Crystallography , 2003. - július ( 59. köt. , no. 7. rész ). - P. 1192-1199 . - doi : 10.1107/S0907444903009958 . — PMID 12832762 .
  6. ↑ Lewin, Benjamin. Genes VI  (angol) . - Oxford [Oxfordshire]: Oxford University Press , 1997. - P. 484-487. — ISBN 0-19-857779-6 .
  7. ↑ Lehninger, Albert L. Biokémia: A sejtszerkezet és -funkció molekuláris alapjai  . - New York: Worth Publishers , 1975. -  894. o . - ISBN 0-87901-047-9 .
  8. ↑ 1 2 Stukenberg PT, Studwell-Vaughan PS, O'Donnell M. A DNS polimeráz III holoenzim csúszó béta-kapcsának mechanizmusa  //  J. Biol. Chem.  : folyóirat. - 1991. - június ( 266. évf . , 17. sz.). - P. 11328-11334 . — PMID 2040637 .
  9. ↑ EKT 1AXC ; Gulbis JM, Kelman Z., Hurwitz J., O'Donnell M., Kuriyan J. A p21 (WAF1/CIP1) C-terminális régiójának szerkezete humán PCNA-val komplexben  (angolul)  // Cell  : Journal. - Cell Press , 1996. - október ( 87. kötet , 2. szám ). - P. 297-306 . - doi : 10.1016/S0092-8674(00)81347-1 . — PMID 8861913 .
  10. ↑ Suzuka I., Hata S., Matsuoka M., Kosugi S., Hashimoto J. Highly conserved structure of proliferating cell nukleáris antigén (DNS polimeráz delta auxiliary protein) gene in plants   // Eur . J Biochem. : folyóirat. - 1991. - január ( 195. évf. , 2. sz.). - P. 571-575 . - doi : 10.1111/j.1432-1033.1991.tb15739.x . — PMID 1671766 .
  11. ↑ EKT 1CZD ; Moarefi I., Jeruzalmi D., Turner J., O'Donnell M., Kuriyan J. A T4 bakteriofág DNS-polimeráz processzivitási faktorának kristályszerkezete  //  J. Mol. Biol. : folyóirat. - 2000. - március ( 296. évf. , 5. sz.). - P. 1215-1223 . - doi : 10.1006/jmbi.1999.3511 . — PMID 10698628 .
  12. ↑ Steitz TA, Shamoo Y. Repliszóma építése kölcsönhatásba lépő darabokból: DNS polimerázból és polimeráz komplexből peptiddel komplexált csúszó bilincs  // Cell editing  :  Journal. - Cell Press , 1999. - Vol. 99 , sz. 2 . - 155-166 . o . - doi : 10.1016/S0092-8674(00)81647-5 . — PMID 10535734 .
  13. ↑ Kalinin , p. 35.

Irodalom

Lásd még