Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Вид сверху и сбоку на гомотример скользящего зажима PCNA человека (цвет радуги, N-конец = синий, C-конец = красный) с двухцепочечной ДНК, смоделированной через центральную пору (пурпурный). [1]
Крио-ЭМ структура ДНК-связанного процессивного комплекса PolD – PCNA
Структурная основа связывания ДНК комплексом PolD – PCNA

Зажим ДНК , также известный как скользящий зажим или бета-зажим, является белковым комплексом , который служит в качестве процессивности -promoting фактора в репликации ДНК . Как критический компонент холофермента ДНК-полимеразы III , фиксирующий белок связывает ДНК-полимеразу и предотвращает диссоциацию этого фермента от цепи ДНК- матрицы . Белок-белковые взаимодействия зажим-полимераза сильнее и специфичнее, чем прямые взаимодействия между полимеразой и цепью матричной ДНК; потому что один из шагов, ограничивающих скоростьВ реакции синтеза ДНК происходит ассоциация полимеразы с ДНК-матрицей, наличие скользящего зажима резко увеличивает количество нуклеотидов, которые полимераза может добавить к растущей цепи за одно событие ассоциации. Наличие зажима ДНК может увеличить скорость синтеза ДНК до 1000 раз по сравнению с непроцессорной полимеразой. [2]

Структура [ править ]

Зажимная складка ДНК представляет собой белок α + β, который собирается в мультимерную структуру, которая полностью окружает двойную спираль ДНК по мере того, как полимераза добавляет нуклеотиды к растущей цепи. [3] Зажим ДНК собирается на ДНК в вилке репликации и «скользит» по ДНК вместе с продвигающейся полимеразой, чему способствует слой молекул воды в центральной поре зажима между ДНК и поверхностью белка. Из-за тороидальной формы собранного мультимера зажим не может отделиться от цепи шаблона, не разделившись также на мономеры .

Зажимная складка ДНК встречается у бактерий , архей , эукариот и некоторых вирусов . У бактерий скользящий зажим представляет собой гомодимер, состоящий из двух идентичных бета-субъединиц ДНК-полимеразы III, и поэтому его называют бета-зажимом. У архей [4] и эукариот это тример, состоящий из трех молекул PCNA . Т4 бактериофаг также использует скользящий зажим, называемый gp45 , который представляет собой тример аналогичен по структуре PCNA , но испытывает недостаток гомологии последовательностей либо PCNA или бактериальной бета - зажим. [3]

КоролевствоПротеин скользящего зажимаМультимерное состояниеАссоциированная полимераза
Бактериибета-субъединица pol IIIдимерДНК-полимераза III
Архейархейный PCNAтримерpol ε
ЭукариотPCNAтримерДНК-полимераза дельта
Вирусgp43 / gp45тримерRB69 Pol / T4 Pol

Бактериальный [ править ]

Субъединица бета ДНК-полимеразы III
Кристаллографическая структура из димерной ДНК - полимераза беты - субъединицы из кишечной палочки . [5]
Идентификаторы
Организмкишечная палочка
СимволДНК
Entrez948218
PDB1ММИ
RefSeq (Prot)NP_418156
UniProtP0A988
Прочие данные
Номер ЕС2.7.7.7
ХромосомаMG1655: 3.88 - 3.88 Мб
Ищи
СтруктурыШвейцарская модель
ДоменыИнтерПро

Бета - зажим является специфическим зажимом ДНК и субъединица ДНК - полимеразы III , Голоэнзит найдена у бактерий. Две бета-субъединицы собираются вокруг ДНК посредством гамма-субъединицы и гидролиза АТФ; эта сборка называется прединициативным комплексом . После сборки вокруг ДНК сродство бета-субъединиц к гамма-субъединице заменяется сродством к альфа- и эпсилон-субъединицам, которые вместе создают полный холофермент. [6] [7] [8] ДНК-полимераза III - это первичный ферментный комплекс, участвующий в репликации прокариотической ДНК .

Гамма-комплекс ДНК-полимеразы III, состоящий из субъединиц γδδ'χψ, катализирует АТФ до шаперона двух бета-субъединиц для связывания с ДНК. После связывания с ДНК бета-субъединицы могут свободно скользить по двухцепочечной ДНК. Бета-субъединицы, в свою очередь, связывают комплекс полимеразы αε. Субъединица α обладает активностью ДНК-полимеразы, а субъединица ε представляет собой 3'-5'- экзонуклеазу . [8]

Бета-цепь бактериальной ДНК-полимеразы III состоит из трех топологически эквивалентных доменов ( N-концевого , центрального и C-концевого ). Две молекулы бета-цепи тесно связаны, образуя замкнутое кольцо, окружающее дуплекс ДНК.

ДНК-полимераза III, бета-цепь
Идентификаторы
СимволDNA_polIII_beta
PfamPF00712
ИнтерПроIPR001001
УМНАЯSM00480
SCOP22пол / СФЕРА / СУПФАМ
Доступные белковые структуры:
Pfam  структуры / ECOD  
PDBRCSB PDB ; PDBe ; PDBj
PDBsumкраткое изложение структуры
PDB1jqj , 1jql , 1mmi , 1ok7 , 1unn , 1vpk , 2pol , 3bep , 3d1e , 3d1f , 3d1g
ДНК-полимераза III, бета-цепь,
N-конец
Идентификаторы
СимволDNA_pol3_beta
PfamPF00712
ИнтерПроIPR022634
Доступные белковые структуры:
Pfam  структуры / ECOD  
PDBRCSB PDB ; PDBe ; PDBj
PDBsumкраткое изложение структуры
ДНК-полимераза III, бета-цепь,
центральная
Идентификаторы
СимволДНК_пол3_бета_2
PfamPF02767
ИнтерПроIPR022637
Доступные белковые структуры:
Pfam  структуры / ECOD  
PDBRCSB PDB ; PDBe ; PDBj
PDBsumкраткое изложение структуры
ДНК-полимераза III, бета-цепь,
С-конец
Идентификаторы
СимволДНК_пол3_бета_3
PfamPF02768
ИнтерПроIPR022635
Доступные белковые структуры:
Pfam  структуры / ECOD  
PDBRCSB PDB ; PDBe ; PDBj
PDBsumкраткое изложение структуры

В качестве мишени для наркотиков [ править ]

Некоторые НПВП (карпрофен, бромфенак и ведапрофен) демонстрируют некоторое подавление репликации бактериальной ДНК за счет ингибирования зажима бактериальной ДНК. [9]

Эукариот [ править ]

ядерный антиген пролиферирующих клеток
Собранный зажим ДНК человека, тример человеческого белка PCNA . [10]
Идентификаторы
СимволPCNA
Ген NCBI5111
HGNC8729
OMIM176740
PDB1axc
RefSeqNM_002592
UniProtP12004
Прочие данные
Номер ЕС2.7.7.7
LocusChr. 20 птер-п12
Ищи
СтруктурыШвейцарская модель
ДоменыИнтерПро

Скользящий зажим у эукариот собирается из определенной субъединицы дельта ДНК-полимеразы, называемой ядерным антигеном пролиферирующих клеток ( PCNA ). В N-концевые и С-концевые домены PCNA топологический идентичны. Три молекулы PCNA тесно связаны, образуя замкнутое кольцо, охватывающее дуплекс ДНК.

Последовательность PCNA хорошо сохраняется у растений, животных и грибов, что указывает на сильное избирательное давление для сохранения структуры и предполагает, что этот тип механизма репликации ДНК сохраняется у эукариот. [11] [12] Гомологи PCNA были также идентифицированы у архей ( Euryarchaeota и Crenarchaeota ), в вирусе Paramecium bursaria Chlorella 1 (PBCV-1) и в вирусах ядерного полиэдроза .

Ядерный антиген пролиферирующих клеток, N-концевой домен
Идентификаторы
СимволPCNA_N
PfamPF00705
ИнтерПроIPR000730
PROSITEPDOC00265
SCOP21plq / SCOPe / SUPFAM
Доступные белковые структуры:
Pfam  структуры / ECOD  
PDBRCSB PDB ; PDBe ; PDBj
PDBsumкраткое изложение структуры
PDB1axc C: 1–125 1ge8 A: 3–92 1isq A: 3–92 1iz4 A: 3–92 1iz5 A: 3–92 1plq : 1–125 1plr : 1–125 1rwz A : 1–114 1rxm A: 1–114 1rxz A: 1–114 1u76 C: 1–125 1u7b A: 1–125 1ud9 C: 11–100 1ul1 A: 1–125 1vyj G: 1–125 1vym C: 1–125 1w60 B: 1–125
Ядерный антиген пролиферирующих клеток, С-концевой домен
Идентификаторы
СимволPCNA_C
PfamPF02747
ИнтерПроIPR000730
PROSITEPDOC00265
SCOP21plq / SCOPe / SUPFAM
Доступные белковые структуры:
Pfam  структуры / ECOD  
PDBRCSB PDB ; PDBe ; PDBj
PDBsumкраткое изложение структуры
PDB1axc C: 127–254 1ge8 A: 203–246 1isq A: 203–246 1iz4 A: 203–246 1iz5 A: 203–246 1plq : 127–254 1plr : 127–254 1rwz A : 121–241 1rxm A: 121–241 1rxz A: 121–241 1u76 C: 127–254 1u7b A: 127–254 1ud9 C: 200–243 1ul1 A: 127–254 1vyj G: 127–254 1vym C: 127–254 1w60 B: 127–254

Вирусный [ править ]

Дополнительный белок ДНК-полимеразы 45
Кристаллографическая структура из тримерных gp45 скольжения зажима из бактериофага Т4 . [13]
Идентификаторы
ОрганизмЭнтеробактерии фаг Т4
Символgp45
Entrez1258821
PDB1CZD
RefSeq (Prot)NP_049666
UniProtP04525
Прочие данные
Номер ЕС2.7.7.7
Хромосома1: 0,03 - 0,03 Мб
Ищи
СтруктурыШвейцарская модель
ДоменыИнтерПро

Белок субъединицы скользящего зажима вируса gp45 содержит два домена. Каждый домен состоит из двух альфа-спиралей и двух бета-листов - складка дублирована и имеет внутреннюю псевдодвойную симметрию. [14] Три молекулы gp45 тесно связаны, образуя замкнутое кольцо, окружающее дуплекс ДНК.

Скользящий зажим GP45, клемма N
Идентификаторы
СимволDNA_pol_proc_fac
PfamPF02916
ИнтерПроIPR004190
Доступные белковые структуры:
Pfam  структуры / ECOD  
PDBRCSB PDB ; PDBe ; PDBj
PDBsumкраткое изложение структуры
PDB1b77 1b8h 1czd
Скользящий зажим gp45, клемма C
Идентификаторы
СимволGp45_slide_clamp_C
PfamPF09116
ИнтерПроIPR015200
Доступные белковые структуры:
Pfam  структуры / ECOD  
PDBRCSB PDB ; PDBe ; PDBj
PDBsumкраткое изложение структуры
PDB1b77 1b8h 1czd

Сборка [ править ]

Скользящие зажимы загружаются на связанные с ними цепи матрицы ДНК с помощью специализированных белков, известных как « загрузчики скользящих зажимов », которые также разбирают зажимы после завершения репликации. Сайты связывания этих белков-инициаторов перекрываются с сайтами связывания ДНК-полимеразы, поэтому зажим не может одновременно связываться с загрузчиком зажима и с полимеразой. Таким образом, зажим не будет активно разбираться, пока полимераза остается связанной. Зажимы ДНК также связаны с другими факторами, участвующими в гомеостазе ДНК и генома, такими как факторы сборки нуклеосом , лигазы фрагментов Окадзаки и репарация ДНК.белки. Все эти белки также имеют общий сайт связывания на зажиме ДНК, который перекрывается с сайтом загрузки зажима, гарантируя, что зажим не будет удален, пока какой-либо фермент все еще работает с ДНК. Активность загрузчика зажимов требует гидролиза АТФ, чтобы «закрыть» зажим вокруг ДНК.

Ссылки [ править ]

  1. ^ PDB : 1W60 ; Контопидис Г., Ву С.Ю., Желева Д.И., Тейлор П., Макиннес С., Лейн Д.П., Фишер П.М., Уолкиншоу М.Д. (февраль 2005 г.). «Структурные и биохимические исследования ядерных антигенных комплексов пролиферирующих клеток человека дают обоснование для ассоциации циклинов и дизайна ингибиторов» . Proc. Natl. Акад. Sci. США . 102 (6): 1871–6. DOI : 10.1073 / pnas.0406540102 . PMC  548533 . PMID  15681588 .
  2. ^ Мизрахи V, Henrie RN, Marlier JF, Джонсон KA, Benkovic SJ (июль 1985). «Ограничивающие скорость стадии в пути реакции ДНК-полимеразы I». Биохимия . 24 (15): 4010–8. DOI : 10.1021 / bi00336a031 . PMID 3902078 . 
  3. ^ a b Bruck I, O'Donnell M (2001). «Семейство кольцевых полимеразных скользящих зажимов» . Genome Biol . 2 (1): ОБЗОРЫ 3001. DOI : 10.1186 / GB-2001-2-1-reviews3001 . PMC 150441 . PMID 11178284 .  
  4. ^ Matsumiya S, Ишин Y, Морикав K (январь 2001). «Кристаллическая структура скользящего зажима ДНК архей: ядерный антиген пролиферирующих клеток из Pyrococcus furiosus» . Protein Sci . 10 (1): 17–23. DOI : 10.1110 / ps.36401 . PMC 2249843 . PMID 11266590 .  
  5. ^ PDB : 1MMI ; Окли AJ, Проселков P, Wijffels G, Beck JL, Wilce MC, Dixon NE (июль 2003 г.). «Гибкость, выявленная кристаллической структурой 1,85 Å бета-субъединицы скользящего зажима ДНК-полимеразы III Escherichia coli » (PDF) . Acta Crystallogr. D . 59 (Pt 7): 1192–9. DOI : 10.1107 / S0907444903009958 . PMID 12832762 .  
  6. Перейти ↑ Lewin B (1997). Гены VI . Оксфорд [Оксфордшир]: Издательство Оксфордского университета. С. 484–7. ISBN 978-0-19-857779-9.
  7. ^ Ленинджер AL (1975). Биохимия: молекулярные основы структуры и функции клетки . Нью-Йорк: Издательство Worth. С.  894 . ISBN 978-0-87901-047-8.
  8. ^ a b Stukenberg PT, Studwell-Vaughan PS, O'Donnell M (июнь 1991). «Механизм скользящего бета-зажима холофермента ДНК-полимеразы III» . J. Biol. Chem . 266 (17): 11328–34. PMID 2040637 . 
  9. ^ Инь Z, Ван Y, Уиттелл LR, Jergic S, Лю М, Гарри E, Диксон NE, Келсо MJ, Бек JL, Oakley AJ (2014). «Репликация ДНК - цель антибактериальных эффектов нестероидных противовоспалительных препаратов» . Химия и биология . 21 (4): 481–487. DOI : 10.1016 / j.chembiol.2014.02.009 . PMID 24631121 . 
  10. ^ PDB : 1AXC ; Гулбис Дж. М., Кельман З., Гурвиц Дж., О'Доннелл М., Куриян Дж. (Октябрь 1996 г.). «Структура C-концевой области p21 (WAF1 / CIP1) в комплексе с человеческим PCNA». Cell . 87 (2): 297–306. DOI : 10.1016 / S0092-8674 (00) 81347-1 . PMID 8861913 . S2CID 17461501 .  
  11. Перейти ↑ Suzuka I, Hata S, Matsuoka M, Kosugi S, Hashimoto J (январь 1991 г.). «Высококонсервативная структура гена ядерного антигена пролиферирующих клеток (вспомогательный белок дельта ДНК-полимеразы) в растениях». Европейский журнал биохимии . 195 (2): 571–5. DOI : 10.1111 / j.1432-1033.1991.tb15739.x . PMID 1671766 . 
  12. ^ Marshall AC, Kroker AJ, Мюррей LA, Gronthos K, Rajapaksha H, Вегенер KL, Bruning JB (март 2017). «Структура скользящего зажима от грибкового патогена Aspergillus fumigatus (AfumPCNA) и взаимодействие с человеческим p21» . Журнал FEBS . 284 (6): 985–1002. DOI : 10.1111 / febs.14035 . PMID 28165677 . 
  13. ^ PDB : 1CZD ; Моарефи I, Джерузалми Д., Тернер Дж., О'Доннелл М., Куриян Дж. (Март 2000 г.). «Кристаллическая структура фактора процессивности ДНК-полимеразы бактериофага Т4». J. Mol. Биол . 296 (5): 1215–23. DOI : 10.1006 / jmbi.1999.3511 . PMID 10698628 . 
  14. ^ Steitz Т.А., Косатка Y (1999). «Создание реплисомы из взаимодействующих частей: скользящий зажим в комплексе с пептидом из ДНК-полимеразы и комплексом редактирования полимеразы». Cell . 99 (2): 155–166. DOI : 10.1016 / S0092-8674 (00) 81647-5 . PMID 10535734 . S2CID 18103622 .  

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Борьба с болезнетворными бактериями - как отключить ключевой комплекс ДНК-полимеразы. Колкости на PDBe [ мертвая ссылка ]
  • Уотсон Дж. Д., Бейкер Т. А., Белл С. П., Ганн А., Левин М., Лосик Р. (2004). Молекулярная биология гена . Сан-Франциско: Пирсон / Бенджамин Каммингс. ISBN 978-0-8053-4635-0.

Внешние ссылки [ править ]

  • Скобка для ДНК SCOP
  • Архитектура бокса CATH
  • зажим + белок + DnaN, + E + coli в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)