Апуриновая / апиримидиновая ( AP ) эндонуклеаза - это фермент, который участвует в пути эксцизионной репарации оснований ДНК (BER). Его основная роль в репарации поврежденных или несовпадающих нуклеотидов в ДНК заключается в создании разрыва в фосфодиэфирном остове АР-сайта, образовавшегося, когда ДНК-гликозилаза удаляет поврежденное основание.
Существует четыре типа AP- эндонуклеаз , которые классифицированы в зависимости от их механизма и места разреза. Эндонуклеазы АР класса I ( EC 4.2.99.18 ) расщепляют 3'-сайты АР по β-лиазному механизму, оставляя ненасыщенный альдегид, называемый остатком 3 '- (4-гидрокси-5-фосфо-2-пентеналь), и 5'-фосфат. Эндонуклеазы АР класса II разрезают ДНК от 5 'до участков АР по гидролитическому механизму, оставляя 3′-гидроксил и 5′-дезоксирибозо-фосфатный остаток. [2] AP-эндонуклеазы класса III и IV также расщепляют ДНК по фосфатным группам 3 'и 5' до безосновного сайта, но они генерируют 3'-фосфат и 5'-ОН. [3]
У людей есть две AP-эндонуклеазы, APE1 и APE2 . APE1 проявляет сильную AP-эндонуклеазную активность, которая составляет> 95% от общей клеточной активности, и APE1 считается основной AP-эндонуклеазой в клетках человека. [4] AP-эндонуклеаза человека (APE1), как и большинство AP-эндонуклеаз, относится к классу II и требует Mg 2+ в ее активном сайте для выполнения своей роли в эксцизионной репарации оснований. Дрожжевым гомологом этого фермента является APN1. [5]
Эндонуклеаза АР 2 человека (APE2), как и большинство эндонуклеаз АР, также относится ко II классу. Экзонуклеазная активность APE2 сильно зависит от ионов металлов. Однако APE2 был более чем в 5 раз активнее в присутствии марганца, чем ионов магния. [4] Консервативные домены, участвующие в каталитической активности, расположены в N-концевой части APE1 и APE2. Кроме того, белок APE2 имеет С-концевое удлинение, которое не присутствует в APE1, но также может быть обнаружено в гомологах APE2 человека, таких как белки APN2 S. cerevisiae и S. pombe . [4]
Структура APE1
APE1 содержит несколько аминокислотных остатков, которые позволяют ему избирательно реагировать с сайтами AP. Три остатка APE1 ( Arg 73, Ala 74 и Lys 78) контактируют с тремя последовательными фосфатами ДНК на цепи, противоположной той, которая содержит AP-сайт, в то время как Tyr 128 и Gly 127 охватывают и расширяют малую бороздку, закрепляя ДНК для крайнего изгиба, вызванного за счет взаимодействия между положительными остатками, обнаруженными в четырех петлях и одной α-спирали, и отрицательными фосфатными группами, обнаруженными в фосфодиэфирном скелете ДНК.
Этот крайний изгиб заставляет безосновную часть ДНК попасть в активный сайт APE1 . Этот активный сайт граничит с Phe 266, Trp 280 и Leu 282, которые плотно упаковываются с гидрофобной стороной AP-сайта, что позволяет отличаться от сайтов, которые действительно имеют основания. Затем AP-сайт дополнительно стабилизируется за счет водородной связи фосфатной группы 5´ с AP-сайтом с помощью Asn 174, Asn212, His 309 и иона Mg 2+, в то время как его партнер- орфанное основание стабилизируется за счет водородной связи с Met 270. фосфатная группа 3 'к AP-сайту стабилизируется за счет водородной связи с Arg 177. Между тем, Asp 210 в активном центре, который становится более реактивным из-за увеличения его pK a (или отрицательного логарифма константы кислотной диссоциации ) вызванный его стабилизацией за счет его водородных связей между Asn68 и Asn212, активирует нуклеофил, который атакует и расщепляет фосфодиэфирный остов и, вероятно, приводит к наблюдаемой максимальной активности APE1 при pH 7,5. [1]
Механизм
Фермент APE1 создает разрыв в фосфодиэфирном остове на базовом (безосновном) сайте посредством простого механизма ацильного замещения. Во-первых, остаток Asp210 в активном центре депротонирует молекулу воды, которая затем может выполнять нуклеофильную атаку на фосфатную группу, расположенную в 5´ от AP-сайта. Затем электроны от одного атома кислорода в фосфатной группе движутся вниз, отталкивая один из других атомов кислорода, создавая свободную 5´ фосфатную группу в AP-сайте и свободный 3´-OH на нормальном нуклеотиде, оба из которых стабилизируются ионом Mg 2+ . [1]
Ингибирование APE1
Известные ингибиторы APE1 включают 7-нитроиндол-2-карбоновую кислоту (NCA) и люкантон . [6] Обе эти структуры имеют кольца, прикрепленные к коротким цепям, которые кажутся похожими на кольцо сахара дезоксирибозы без присоединенного основания и фосфодиэфирной связи в ДНК. Кроме того, оба содержат множество акцепторов Н-связи, которые могут взаимодействовать с донорами Н-связи в активном сайте APE1, заставляя эти ингибиторы прилипать к активному сайту и препятствуя катализированию ферментом других реакций.
APE1 как химиопрофилактическая мишень
Поскольку APE1 выполняет важную функцию в пути репарации путем удаления оснований ДНК, он стал мишенью для исследователей, ищущих средства предотвращения выживания раковых клеток после химиотерапии. APE1 не только необходим сам по себе для создания разрыва в основной цепи ДНК, чтобы ферменты, участвующие в пути BER, могли распознавать AP-сайт, он также выполняет окислительно-восстановительную функцию, которая помогает активировать другие ферменты, участвующие в репарации ДНК. Таким образом, подавление APE1 может привести к чувствительности опухолевых клеток, что предотвращает сохранение раковых клеток после химиотерапии. [7]
Активность фермента APE2
APE2 имеет гораздо более слабую AP-эндонуклеазную активность, чем APE1, но его 3'-5'-экзонуклеазная активность сильна по сравнению с APE1 [8] и имеет довольно сильную 3'-фосфодиэстеразную активность. [4]
Экзонуклеазная активность APE2 3 '–5' обладает способностью гидролизовать дуплекс ДНК с тупым концом, частичные дуплексы ДНК с утопленным 3'-концом или одиночный нуклеотидный разрыв, содержащий гетеродуплексную ДНК. Активность 3'-фосфодиэстеразы APE2 может удалять модифицированные 3'-концы, такие как 3'-фосфогликолят, а также несовпадающие нуклеотиды с 3'-конца праймера ДНК. [4]
APE2 необходим для ответа на повреждение ДНК ATR-Chk1 после окислительного стресса.
Рекомендации
Изображения молекулярной графики были получены с использованием пакета UCSF Chimera из Ресурса для биокомпьютеров, визуализации и информатики Калифорнийского университета в Сан-Франциско (при поддержке NIH P41 RR-01081). [9]
- ^ а б в г д Клиффорд Д. Мол; Тахиде Идзуми; Санкар Митра; Джон А. Тайнер (2000). «ДНК-связанные структуры и мутанты обнаруживают базовое связывание ДНК за счет восстановления и координации ДНК APE1». Природа . 403 (6768): 451–456. DOI : 10.1038 / 35000249 . PMID 10667800 .
- ^ Левин, Джошуа Д.; Демпл, Брюс (1990). «Анализ апуриновых / апиримидиновых эндонуклеаз класса II (гидролитический) и класса I (бета-лиаза) с синтетическим ДНК-субстратом» . Исследования нуклеиновых кислот . 18 (17): 5069–75. DOI : 10.1093 / NAR / 18.17.5069 . PMC 332125 . PMID 1698278 .
- ^ Гэри М. Майлз; Азиз Санкар (1989). «Ремонт ДНК». Химические исследования в токсикологии . 2 (4): 197–226. DOI : 10.1021 / tx00010a001 . PMID 2519777 .
- ^ а б в г д Буркович П., Шукацов В., Унк И., Грацска Л. (2006). «Человеческий белок Ape2 обладает 3'-5'-экзонуклеазной активностью, которая действует преимущественно на несовпадающие пары оснований» . Nucleic Acids Res . 34 (9): 2508–15. DOI : 10.1093 / NAR / gkl259 . PMC 1459411 . PMID 16687656 .
- ^ Джордж У. Тибор; Дина Р. Маренсейн; Дэвид М. Уилсон III (2004 г.). «Эндонуклеаза АР человека (APE1) демонстрирует эндонуклеолитическую активность против участков АР в одноцепочечной ДНК». Ремонт ДНК . 3 (5): 527–533. DOI : 10.1016 / j.dnarep.2004.01.010 . PMID 15084314 .
- ^ Марк Р. Келли; Мелисса Л. Фишел (2007). «Белок эксцизионной репарации оснований ДНК Ape1 / Ref-1 в качестве терапевтической и химиопрофилактической мишени». Молекулярные аспекты медицины . 28 (3–4): 375–395. DOI : 10.1016 / j.mam.2007.04.005 . PMID 17560642 .
- ^ Марк Р. Келли; Мейхуа Луо; Сара Делафлейн; Айхуа Цзян; Эйприл Рид; Инь Хэ; Мелисса Фишел; Родни Л. Найланд II; Ричард Ф. Брох; Xizoxi Qiao; Милли М. Георгиадис (2008). «Роль многофункционального репарации ДНК и сигнального белка окислительно-восстановительного потенциала Ape1 / Ref-1 в раковых и эндотелиальных клетках: ингибирование малыми молекулами окислительно-восстановительной функции Ape1» . Антиоксиданты и редокс-сигналы . 10 (11): 1–12. DOI : 10.1089 / ars.2008.2120 . PMC 2587278 . PMID 18627350 .
- ^ Ставнезер Дж., Лайнехан Е.К., Томпсон М.Р., Хаббуб Дж., Учер А.Дж., Кадунгуре Т., Цучимото Д., Накабеппу И., Шрейдер К.Э. (2014). «Дифференциальная экспрессия APE1 и APE2 в зародышевых центрах способствует подверженной ошибкам репарации и мутациям A: T во время соматической гипермутации» . Proc. Natl. Акад. Sci. США . 111 (25): 9217–22. DOI : 10.1073 / pnas.1405590111 . PMC 4078814 . PMID 24927551 .
- ^ Э. Ф. Петтерсен; Т. Д. Годдард; CC Huang; GS Couch; DM Greenblat; EC Meng; Т. Е. Феррин (2004). «UCSF Chimera - система визуализации для поисковых исследований и анализа» (PDF) . J. Comput. Chem . 25 (13): 1605–1612. DOI : 10.1002 / jcc.20084 . PMID 15264254 .
Внешние ссылки
- Базовое определение эндонуклеазы AP. Архивировано 20 июня 2010 г. на Wayback Machine.
- Семейство 1 эндонуклеаз AP в PROSITE
- Семейство 2 эндонуклеаз AP в PROSITE
- Приложение для эксцизионного ремонта с длинным патчем. Архивировано 29 сентября 2007 г. на Wayback Machine.
- Очистка и характеристика апуриновой / апиримидиновой эндонуклеазы из клеток HeLa. Архивировано 29 сентября 2007 г. в Wayback Machine.