RecBCD

A RecBCD ( exonukleáz V, -dezoxiribonukleáz ) az Escherichia coli baktérium egyik enzime , amely elindítja a homológ rekombinációs folyamatot a DNS - molekula ionizáló sugárzásból eredő kettős és egyszálú károsodásának helyreállítása során . replikációs folyamat , endonukleázok működési hibái , vagy oxidatív stressz következtében [1] [2] . A RecBCD egy helikáz , amely a DNS kettős hélixét letekeríti, és egy nukleáz , amely elvágja azt [3] .

A RecBCD -t az egymolekulájú FRET módszerben alkalmazzák , amely a fehérjék DNS-sel való kölcsönhatásának vizsgálatára szolgál [4] .

Szerkezet

A RecBCD egy fehérjekomplex , amely három különböző alegységből áll : RecB, RecC és RecD. A RecD gén [5] felfedezése előtt a komplexet RecBC néven ismerték. Minden alegységet külön gén kódol:

Funkciók

A RecD és RecC helikázok, azaz ATP - vel hajtott molekuláris komplexek, amelyek letekerik a DNS-t, vagy bizonyos esetekben az RNS -t, míg a RecB nukleáz funkciót is ellát [6] . A RecC, a RecBCD komplex harmadik alegysége egy specifikus szekvenciát ismer fel a DNS-ben, nevezetesen az 5'-GCTGGTGG- 3' -t , amelyet Chi-helynek neveznek, és ahol a DNS-t a rekombináció befejezésének szakaszában elvágják. A RecBCD abban szokatlan, hogy mindkét helikáza különböző sebességgel mozog a lánc mentén [7] , és abban, hogy felismer egy specifikus DNS-szekvenciát (Chi-helyet) [8] [9] . A RecBCD a kettős szálú DNS végéhez kötődik, és elkezdi letekerni, míg a RecD az 5' végről a 3' végre mozog, a RecB pedig fordítva. A mozgás során két DNS-szál marad a RecBCD mögött, amelyek hurkot alkotnak, és mivel a RecB lassabban mozog, mint a RecD, az utóbbi hurokja gyorsabban növekszik; az így létrejövő RecBCD komplex formájú struktúrát, amely egy lánc mentén mozog, mögötte két hurokkal, külső hasonlósága miatt néha „nyúlfülnek” is nevezik [10] .

A RecBCD közvetett funkciói közé tartozik az effektor aktiválásában betöltött szerepe, amely megvédi a baktériumtenyészetet a vírusfertőzéstől. [tizenegy]

Hatásmechanizmus

A DNS letekercselése során a RecB nukleáz alegység a reakciókörülményektől, különösen a Mg 2+ ionok és az ATP koncentrációjától függően eltérően működhet . Ha az ATP feleslegben van, az enzim egyszerűen elvágja a Chi helyet tartalmazó láncot [12] . A lánc letekerődése folytatódik, és egy 3'-farok jön létre egy Chi-hellyel, amelyen a RecA fehérje leszállhat , megkönnyítve ennek a faroknak a kromoszómába való bejutását , amely sablon lesz a sérült helyrehozásához. lánc és lánccsere vele [13] . A RecBCD komplex Chi-helyet felismerő alegysége nem lép kölcsönhatásba más szekvenciákkal, és az enzim hamarosan alegységekre bomlik, és egy órán keresztül vagy tovább inaktív [14] . Ha a Mg 2+ ionok feleslegben vannak jelen, a RecBCD endonukleázként mindkét DNS-szálat hasítja, bár az 5'-vég ritkábban hasad [15] . Amikor a RecBCD találkozik a Chi hellyel, a tekercselés leáll, és a 3'-szál degradációja lelassul [16] . Miközben folytatja a DNS feltekercselését, a RecBCD azonnal elvágja az ellenkező szálat (azaz az 5' végét) [17] [18] , és a RecA fehérjét a 3' végére tölti. Miután ez a folyamat az egyik DNS-molekulán befejeződött, az enzim ismét megismétli azt, gyorsan átváltva egy új molekulára [13] .

Bár a reakciókat nem igazolták magukban a sejtekben DNS-analízissel azok átmeneti jellege miatt, a genetikai adatok azt mutatják, hogy az első reakció leginkább a sejtben végbemenőre hasonlít [1] . Például egy mutáns RecBCD, amelyből hiányzik a kísérletileg meghatározott exonukleáz aktivitás, megőrzi nagy képességét a Chi hely hasítására extracelluláris körülmények között [19] . A sejtekben az egyik DNS-molekulán lévő Chi-hely gátolja a másikban lévő Chi-hely aktivitását, ami a Chi-függő RecBCD szétesését tükrözheti, amely in vitro megfigyelhető ATP-felesleg körülményei között és a DNS-szakadás jelenlétében a sejtekben. a Chi lelőhely régiója [20] [21] .

Mindkét reakciókörülmény között a 3'-vég érintetlen marad a Chi hely után, amely mellett a RecA fehérje aktívan feltöltődik a DNS-szálra. Valamilyen meghatározatlan ponton a RecBCD lebomlik, bár legalább 60 ezer bázispár DNS-t képes letekerni, miközben érintetlen marad. A RecA elindítja a DNS-szálak cseréjét egy azonos vagy közel azonos templátmolekulával; ez a csere egy D-hurokként ismert struktúrát hoz létre . Két keresztezett szálú DNS-duplex keletkező szerkezete kétféleképpen bontható fel: vagy a 3'-szál a templátmolekulába bevitt Chi hellyel primerként fog szolgálni a DNS- szintézis elindításához , vagy a D-hurok leszakad. a Holliday szerkezet kialakításához . A Holliday-struktúrát viszont a RuvABC komplex vagy a RecG fehérje oldja fel. Ezen események mindegyike egy teljes DNS kialakulásához vezet, amely új génkombinációkkal különbözik a szülőtől. Ez a homológ rekombináció néven ismert folyamat befejezi a kettős száltörés javítását [13] .

Jegyzetek

1. ↑ 1 2 Smith GR Hogyan segíti elő a RecBCD enzim és a Chi a DNS-törés helyreállítását és a rekombinációt: egy molekuláris biológus véleménye.  (angol)  // Mikrobiológiai és molekuláris biológiai áttekintések : MMBR. - 2012. - Kt. 76. sz. 2 . - P. 217-228. - doi : 10.1128/MMBR.05026-11 . — PMID 22688812 .
2. ↑ Spies M., Kowalczykowski SC Homológ rekombináció RecBCD és RecF útvonalakon // Bakteriális kromoszómák  (neopr.) / Higgins P.. - Washington, DC: ASM Press, 2003. - S. 389-403. — ISBN 1-55581-232-5 .
3. ↑ Singleton MR , Dillingham MS , Gaudier M. , Kowalczykowski SC , Wigley DB A RecBCD enzim kristályszerkezete egy DNS-törések feldolgozására alkalmas gépet tár fel.  (angol)  // Természet. - 2004. - 20. évf. 432. sz. 7014 . - P. 187-193. - doi : 10.1038/nature02988 . — PMID 15538360 .
4. ↑ Bianco PR , Brewer LR , Corzett M. , Balhorn R. , Yeh Y. , Kowalczykowski SC , Baskin RJ Folyamatos transzlokáció és DNS feltekercselés egyedi RecBCD enzimmolekulákkal.  (angol)  // Természet. - 2001. - január 18. ( 409. évf. , 6818. sz.). - P. 374-378 . - doi : 10.1038/35053131 . — PMID 11201750 .
5. ↑ Amundsen SK , Taylor AF , Chaudhury AM , Smith GR recD: az exonukleáz V esszenciális harmadik alegységének génje.  //  Proceedings Of The National Academy Of Sciences Of the United States Of America. - 1986. - augusztus ( 83. évf. , 15. sz.). - P. 5558-5562 . - doi : 10.1073/pnas.83.15.5558 . — PMID 3526335 .
6. ↑ Yu M. , Souaya J. , Julin DA A RecB fehérje 30 kDa-os C-terminális doménje kritikus az Escherichia coli RecBCD enzim nukleáz aktivitása szempontjából, de nem a helikáz aktivitása szempontjából.  (angol)  // Az Amerikai Egyesült Államok Nemzeti Tudományos Akadémiájának közleménye. - 1998. - február 3. ( 95. évf. , 3. sz.). - P. 981-986 . - doi : 10.1073/pnas.95.3.981 . — PMID 9448271 .
7. ↑ Taylor AF , Smith GR RecBCD enzim egy DNS helikáz gyors és lassú motorokkal ellentétes polaritású.  (angol)  // Természet. - 2003. - 1. évf. 423. sz. 6942 . - P. 889-893. - doi : 10.1038/nature01674 . — PMID 12815437 .
8. ↑ Taylor AF , Smith GR RecBCD enzim megváltozik, amikor DNS-t vágnak egy chi-rekombinációs hotspotban.  (angol)  // Az Amerikai Egyesült Államok Nemzeti Tudományos Akadémiájának közleménye. - 1992. - június 15. ( 89. évf. , 12. sz.). - P. 5226-5230 . - doi : 10.1073/pnas.89.12.5226 . — PMID 1535156 .
9. ↑ Amundsen SK , Taylor AF , Reddy M. , Smith GR Intersubunit jelátvitel RecBCD enzimben, egy komplex fehérjegépben, amelyet Chi hot spotok szabályoznak.  (angol)  // Gének és fejlődés. - 2007. - Vol. 21, sz. 24 . - P. 3296-3307. - doi : 10.1101/gad.1605807 . — PMID 18079176 .
10. ↑ Taylor A. , ​​Smith GR DNS fel- és visszatekercselése a RecBC enzim által.  (angol)  // Cell. - 1980. - november ( 22. köt. , 2. szám, 2. pont). - P. 447-457 . — PMID 6256081 .
11. ↑ A retronok a baktériumok veleszületett immunitásának fontos részét képezik • Elena Naimark • Tudományos hírek az elemekről • Genetika, mikrobiológia . Letöltve: 2020. november 23. Az eredetiből archiválva : 2020. november 23. (határozatlan)
12. ↑ Taylor AF , Schultz DW , Ponticelli AS , Smith GR RecBC enzim nickelés a Chi helyeken a DNS letekercselés során: a vágás helye és orientáció-függősége.  (angol)  // Cell. - 1985. - május ( 41. köt. , 1. sz.). - 153-163 . o . — PMID 3888405 .
13. ↑ 1 2 3 Anderson DG , Kowalczykowski SC A transzlokáló RecBCD enzim serkenti a rekombinációt azáltal, hogy a RecA fehérjét az ssDNS-re irányítja chi-szabályozott módon.  (angol)  // Cell. - 1997. - július 11. ( 90. évf. , 1. sz.). - 77-86 . o . — PMID 9230304 .
14. ↑ Taylor AF , Smith GR A homológ rekombináció szabályozása: Chi inaktiválja a RecBCD enzimet a három alegység szétszerelésével.  (angol)  // Gének és fejlődés. - 1999. - április 1. ( 13. évf. , 7. sz.). - P. 890-900 . — PMID 10197988 .
15. ↑ Dixon DA , Kowalczykowski SC A rekombinációs hotspot chi egy szabályozó szekvencia, amely az E. coli RecBCD enzim nukleáz aktivitásának gyengítésével fejti ki hatását.  (angol)  // Cell. - 1993. - április 9. ( 73. évf. , 1. sz.). - 87-96 . o . — PMID 8384931 .
16. ↑ Spies M. , Amitani I. , Baskin RJ , Kowalczykowski SC A RecBCD enzim a chi-felismerésre válaszul motoros alegységeket kapcsol át.  (angol)  // Cell. - 2007. - Vol. 131. sz. 4 . - P. 694-705. - doi : 10.1016/j.cell.2007.09.023 . — PMID 18022364 .
17. ↑ Taylor AF , Smith GR A DNS RecBCD enzim által a Chi helyeken történő nickelés szálspecifitása. Moduláció az ATP és a magnézium szintjével.  (angol)  // The Journal Of Biological Chemistry. - 1995. - október 13. ( 270. évf. , 41. sz.). - P. 24459-24467 . — PMID 7592661 .
18. ↑ Anderson DG , Kowalczykowski SC A rekombinációs hot spot chi egy szabályozó elem, amely megváltoztatja a RecBCD enzim általi DNS-lebontás polaritását.  (angol)  // Gének és fejlődés. - 1997. - március 1. ( 11. évf. , 5. sz.). - P. 571-581 . — PMID 9119222 .
19. ↑ Amundsen SK , Smith GR Chi hotspot aktivitás Escherichia coliban RecBCD exonukleáz aktivitás nélkül: következmények a rekombináció mechanizmusára.  (angol)  // Genetika. - 2007. - január ( 175. évf. , 1. sz.). - 41-54 . o . - doi : 10.1534/genetika.106.065524 . — PMID 17110484 .
20. ↑ Köppen A. , Krobitsch S. , Thoms B. , Wackernagel W. A chi rekombinációs hot spottal való kölcsönhatása in vivo az Escherichia coli RecBCD enzimét chi-független rekombinázzá alakítja a RecD alegység inaktiválásával.  (angol)  // Az Amerikai Egyesült Államok Nemzeti Tudományos Akadémiájának közleménye. - 1995. - július 3. ( 92. évf. , 14. sz.). - P. 6249-6253 . - doi : 10.1073/pnas.92.14.6249 . — PMID 7541534 .
21. ↑ Myers RS , Kuzminov A. , Stahl FW A rekombinációs hot spot chi aktiválja a RecBCD rekombinációt az Escherichia coli recD mutáns fenokópiává alakításával.  (angol)  // Az Amerikai Egyesült Államok Nemzeti Tudományos Akadémiájának közleménye. - 1995. - július 3. ( 92. évf. , 14. sz.). - P. 6244-6248 . - doi : 10.1073/pnas.92.14.6244 . — PMID 7603978 .

Szótárak és enciklopédiák	Britannica (online)