В биохимии и молекулярной генетики , на сайте AP ( apurinic / apyrimidinic сайта ), также известный как лишенного основани звена , является расположение в ДНК (также в РНК , но гораздо менее вероятно) , что не имеет ни пурин , ни пиримидиновое основание, либо спонтанно , либо из-за повреждения ДНК . Было подсчитано, что при физиологических условиях в клетке ежедневно может образовываться 10000 апуриновых сайтов и 500 апиримидиновых. [1] [2]
AP-сайты могут образовываться спонтанной депуринизацией , но также могут выступать в качестве промежуточных звеньев при эксцизионной репарации оснований . [3] В этом процессе ДНК-гликозилаза распознает поврежденное основание и расщепляет N-гликозидную связь, высвобождая основание, оставляя AP-сайт. Существует множество гликозилаз, распознающих различные типы повреждений, включая окисленные или метилированные основания или урацил в ДНК. Затем AP-сайт может быть расщеплен AP-эндонуклеазой , оставляя 3'-гидроксильные и 5'-дезоксирибозофосфатные концы (см. Структуру ДНК). Альтернативно, бифункциональные гликозилазы-лиазы могут расщеплять AP-сайт, оставляя 5'-фосфат рядом с 3'-α, β-ненасыщенным альдегидом. Оба механизма образуют однонитевой разрыв, который затем восстанавливается с помощью эксцизионной репарации с помощью короткого или длинного фрагмента. [4]
Если не исправить, AP-сайты могут привести к мутации во время полуконсервативной репликации . Они могут вызывать остановку репликационной вилки и игнорируются синтезом трансформации . В E. coli аденин предпочтительно вставляется напротив AP-сайтов, что известно как «правило А». Ситуация более сложная у высших эукариот, где предпочтение отдается различным нуклеотидам в зависимости от организма и условий эксперимента. [3]
Формирование [ править ]
Сайты АР образуются, когда дезоксирибоза отщепляется от ее азотистого основания , разрывая гликозидную связь между ними. Это может произойти спонтанно, в результате химической активности, радиации или активности ферментов. Гликозидные связи в ДНК могут быть разрушены посредством кислотно- катализируемого гидролиза . Пуриновые основания могут быть выброшены в слабокислых условиях, в то время как пиримидины требуют более высокой кислотности для расщепления. Пурины можно удалить даже при нейтральном pH , если температура достаточно повысится. Образование AP-сайтов также может быть вызвано различными химическими веществами, модифицирующими основание. Алкилирование , дезаминирование и окислениеотдельных оснований может привести к ослаблению гликозильной связи, поэтому воздействие агентов, вызывающих эти модификации, может способствовать образованию AP-сайта. [2]
Ионизирующее излучение также может приводить к образованию AP-сайтов. Облученная среда содержит радикалы, которые могут вносить вклад в AP-сайты разными способами. Гидроксильные радикалы могут атаковать гликозидные связи, непосредственно создавая AP-сайт, или делать гликозильную связь менее благоприятной за счет связывания с основанием или дезоксирибозным кольцом. [2]
Ферменты, а именно ДНК-гликозилазы, также обычно создают AP-сайты как часть пути эксцизионной репарации оснований. По оценкам, в данной клетке млекопитающего в день формируется 5000–10 000 апуриновых сайтов. Апиримидиновые участки образуются примерно в 20 раз медленнее, по оценкам, примерно 500 событий образования в день на ячейку. При такой высокой скорости для клеток критически важно иметь надежный аппарат восстановления, чтобы предотвратить мутации.
Характеристики [ править ]
Химические характеристики [ править ]
Сайты AP чрезвычайно реактивны. Они колеблются между фуранозным кольцом и свободным альдегидом с открытой цепью и свободным спиртом . Воздействие нуклеофила может вызвать реакцию β-элиминирования, при которой 3'- фосфоэфирная связь разрывается, вызывая разрыв одноцепочечной цепи. Эта реакция может катализироваться AP-лиазой . [2] В присутствии избытка реагента может происходить дополнительное удаление на 5 'стороне. Свободный альдегид может также реагировать с нуклеофильными аминосодержащими альдегидами. Эти реакции могут дополнительно способствовать разрыву фосфоэфирной связи. Альдегиды, содержащие O-HN 2группы могут служить для стабилизации основного сайта за счет реакции с альдегидной группой. Это взаимодействие не разрывает фосфоэфирную связь.
Биологическая активность [ править ]
AP-сайты в живых клетках могут вызывать различные тяжелые последствия, включая гибель клеток. Одноцепочечные разрывы, происходящие из-за β-элиминации, требуют репарации ДНК-лигазой , чтобы избежать мутации. Когда ДНК-полимераза встречается с базовым сайтом, репликация ДНК обычно блокируется, что само по себе может приводить к одноцепочечному или двухцепочечному разрыву спирали ДНК. [4] У E. coli , когда ферменту удается обойти абазический сайт, аденин предпочтительно включается в новую цепь. [2] [3] Если AP-сайты в ДНК не восстанавливаются, репликация ДНК не может протекать нормально, что может привести к значительным мутациям. [4] Если мутации простооднонуклеотидный полиморфизм , тогда клетка потенциально может быть не затронута. Однако, если происходят более серьезные мутации, функция клетки может быть серьезно нарушена, рост и деление могут быть нарушены, или клетка может просто погибнуть.
Ремонт [ править ]
AP-сайты являются важной особенностью основного пути эксцизионной репарации. ДНК-гликозилазы сначала создают базовые сайты, распознавая и удаляя модифицированные основания. Существует множество вариантов гликозилазы, которые могут иметь дело с множеством способов повреждения основания. Наиболее частыми обстоятельствами являются алкилирование оснований, окисление и присутствие урацила в цепи ДНК. [4] После успешного создания AP-сайта эндонуклеаза AP катализирует разрыв одной фосфоэфирной связи, создавая разрыв в основе спирали. [4] Разрыв может составлять 3 'или 5' участка, в зависимости от варианта фермента. Затем ферменты конечной обработки подготавливают участок для лигирования ника, которое выполняется ДНК-полимеразой. [4]Основание, вставленное в прорезь, определяется соответствующей основой на противоположной нити. Затем разрыв запечатывается ДНК-лигазой.
Ссылки [ править ]
- ^ Троппы, Burton (2012). Молекулярная биология . Садбери, Массачусетс: Jones & Bartlett Learning. п. 455. ISBN 978-1-4496-0091-4.
- ^ а б в г д Борле, Мириам (1987). «Формирование, обнаружение и ремонт AP-сайтов». Мутационные исследования . 181 : 45–56. DOI : 10.1016 / 0027-5107 (87) 90286-7 .
- ^ a b c Абазовые сайты в ДНК: восстановление и биологические последствия в Saccharomyces cerevisiae. Ремонт ДНК (Amst). 2004 5 января; 3 (1): 1-12.
- ^ Б с д е е Lindhal, Томас (1993). «Неустойчивость и распад первичной структуры ДНК». Природа . 362 : 709–715.
