Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Домен Toprim
Идентификаторы
СимволТоприм
PfamPF01751
Клан пфамТоприм-подобный
ИнтерПроIPR006171
SCOP22fcj / SCOPe / SUPFAM
Доступные белковые структуры:
Pfam  структуры / ECOD  
PDBRCSB PDB ; PDBe ; PDBj
PDBsumрезюме структуры
Каталитическое ядро ​​ДНК-примазы
Идентификаторы
СимволToprim_N
PfamPF08275
ИнтерПроIPR013264
SCOP21dd9 / SCOPe / SUPFAM
Доступные белковые структуры:
Pfam  структуры / ECOD  
PDBRCSB PDB ; PDBe ; PDBj
PDBsumрезюме структуры
ДНК-примаза, малая субъединица
Идентификаторы
СимволДНК_примаза_S
PfamPF01896
Клан пфамAEP
ИнтерПроIPR002755
SCOP21g71 / СФЕРА / СУПФАМ
Доступные белковые структуры:
Pfam  структуры / ECOD  
PDBRCSB PDB ; PDBe ; PDBj
PDBsumрезюме структуры
ДНК-примаза, большая субъединица
Идентификаторы
СимволDNA_primase_lrg
PfamPF04104
Клан пфамCL0242
ИнтерПроIPR007238
SCOP21zt2 / SCOPe / SUPFAM
Доступные белковые структуры:
Pfam  структуры / ECOD  
PDBRCSB PDB ; PDBe ; PDBj
PDBsumрезюме структуры

ДНК-примаза - это фермент, участвующий в репликации ДНК, и это тип РНК-полимеразы . Примаза катализирует синтез короткого сегмента РНК (или ДНК в некоторых организмах [1] ), который называется праймером, комплементарным матрице оцДНК (одноцепочечной ДНК). После этого удлинения фрагмент РНК удаляется экзонуклеазой от 5 'до 3' и снова заполняется ДНК.

Функция [ править ]

Асимметрия в синтезе ведущих и отстающих цепей, показана роль ДНК-примазы.
Этапы синтеза ДНК с указанием роли ДНК-примазы

У бактерий праймаза связывается с ДНК-геликазой, образуя комплекс, называемый примосомой . Примаза активируется геликазой, которая затем синтезирует короткий праймер РНК длиной примерно 11 ± 1 нуклеотид , к которому новые нуклеотиды могут быть добавлены ДНК-полимеразой. Примазы архей и эукариот представляют собой гетеродимерные белки с одной большой регуляторной и одной маленькой каталитической субъединицей. [2]

Сегменты РНК сначала синтезируются примазой, а затем удлиняются ДНК-полимеразой. [3] Затем ДНК-полимераза образует белковый комплекс с двумя субъединицами примазы, чтобы сформировать комплекс примазы альфа-ДНК-полимеразы. Primase - одна из наиболее подверженных ошибкам и медленных полимераз. [3] Примазы в организмах, таких как E. coli, синтезируют от 2000 до 3000 праймеров со скоростью один праймер в секунду. [4] Примаза также действует как останавливающий механизм, чтобы предотвратить опережение ведущей нити от отстающей нити , останавливая развитие репликационной вилки . [5] Шаг определения скорости в primase - это когда первыйфосфодиэфирная связь образуется между двумя молекулами РНК. [3]

Механизмы репликации различаются у разных бактерий и вирусов, где праймаза ковалентно связывается с геликазой в вирусах, таких как бактериофаг Т7 . [5] У вирусов, таких как вирус простого герпеса (HSV-1), праймаза может образовывать комплексы с геликазой. [6] Комплекс праймаза-геликаза используется для раскрутки дцДНК (двухцепочечной) и синтеза отстающей цепи с использованием праймеров РНК. [6] Большинство праймеров, синтезируемых праймазой, имеют длину от двух до трех нуклеотидов. [6]

Типы [ править ]

Существует два основных типа примаз: DnaG, обнаруженный у большинства бактерий, и суперсемейство AEP (Archaeo-Eukaryote Primase), обнаруженное в примазах архей и эукариот. В то время как бактериальные примазы ( DnaG- тип) состоят из одной белковой единицы (мономера) и синтезируют праймеры РНК, праймы AEP обычно состоят из двух разных примазных единиц (гетеродимер) и синтезируют двухкомпонентные праймеры с компонентами РНК и ДНК. . [7] Несмотря на то, что эти два суперсемейства функционально схожи, они развивались независимо друг от друга.

DnaG [ править ]

Кристаллическая структура примазы в E. coli с ядром, содержащим белок DnaG, была определена в 2000 году. [4] Комплекс DnaG и примазы имеет форму кешью и содержит три субдомена. [4] Центральный субдомен образует верхнюю складку, которая состоит из смеси пяти бета-листов и шести альфа-спиралей . [4] [8] Топрим-фолд используется для связывания регуляторов и металлов. Примаза использует домен переноса фосфора для координации переноса металлов, что отличает ее от других полимераз. [4] Боковые субъединицы содержат NH 2и терминал COOH, сделанный из альфа-спиралей и бета-листов. [4] Концевой NH 2 взаимодействует с цинк- связывающим доменом и COOH-концевой областью, которая взаимодействует с DnaB-ID. [4]

Toprim складка также находится в топоизомеразах и mitochrondrial Твинкл праймаз / хеликазе. [8] Некоторые DnaG-подобные (бактериоподобные; InterPro :  IPR020607 ) примазы были обнаружены в геномах архей. [9]

AEP [ править ]

Примазы эукариот и архей имеют тенденцию быть более похожими друг на друга с точки зрения структуры и механизма, чем на приматы бактерий. [10] [11] Суперсемейство архей-эукариот примаз (AEP), к которому принадлежит большинство каталитических субъединиц эукариальных и архейных примаз, недавно было переопределено как семейство примаз-полимераз в знак признания многих других ролей, которые играют ферменты этого семейства . [12] Эта классификация также подчеркивает широкое происхождение примазов AEP; суперсемейство теперь распознается как переходное между функциями РНК и ДНК. [13]

Примазы архей и эукариот представляют собой гетеродимерные белки с одной большой регуляторной (человеческий PRIM2 , p58) и одной маленькой каталитической субъединицей (человеческий PRIM1 , p48 / p49). [2] Большая субъединица содержит N-концевой кластер 4Fe – 4S, расщепленный у некоторых архей как PriX / PriCT. [14] Большая субъединица участвует в улучшении активности и специфичности маленькой субъединицы. Например, удаление части, соответствующей большой субъединице в гибридном белке PolpTN2, приводит к более медленному ферменту с активностью обратной транскриптазы. [13]

Многофункциональные примазы [ править ]

Рисунок 1. Выберите многофункциональные примазы в трех областях жизни (эукариоты, археи и бактерии). Способность прайма выполнять определенную деятельность обозначается галочкой. Адаптирован из. [12]

Семейство примаз-полимераз AEP обладает разнообразными функциями, помимо создания только праймеров. Помимо праймирования ДНК во время репликации, ферменты AEP могут выполнять дополнительные функции в процессе репликации ДНК, такие как полимеризация ДНК или РНК, терминальный перенос , трансфузионный синтез (TLS) , негомологичное соединение концов (NHEJ) , [12] и возможно, при перезапуске остановившихся вилок репликации. [15] Примазы обычно синтезируют праймеры из рибонуклеотидов (NTP); однако примазы с полимеразными способностями также обладают сродством к дезоксирибонуклеотидам (dNTP). [16] [11]Примазы с терминальной функцией трансферазы способны добавлять нуклеотиды к 3'-концу цепи ДНК независимо от матрицы. Другие ферменты, участвующие в репликации ДНК, такие как геликазы, также могут проявлять примазную активность. [17]

У эукариот и архей [ править ]

PrimPol человека (ccdc111 [16] ) выполняет функции как примазы, так и полимеразы, подобно многим примазам архей; проявляет активность терминальной трансферазы в присутствии марганца; и играет важную роль в синтезе трансфузии [18] и в перезапуске застопорившихся репликационных вилок. PrimPol активно задействуется в поврежденных участках благодаря взаимодействию с RPA, адаптерным белком, который облегчает репликацию и восстановление ДНК. [15] PrimPol имеет домен цинкового пальца, подобный домену некоторых вирусных примаз, который важен для синтеза трансфузии и активности примаз и может регулировать длину праймера. [18] В отличие от большинства примаз, PrimPol уникально способен запускать цепи ДНК с dNTP. [16]

PriS, малая субъединица примазы архей, играет роль в синтезе трансфузионных повреждений (TLS) и может обходить обычные повреждения ДНК. У большинства архей отсутствуют специализированные полимеразы, которые выполняют TLS у эукариот и бактерий. [19] Только PriS предпочтительно синтезирует цепочки ДНК; но в сочетании с PriL, большой субъединицей, увеличивается активность РНК-полимеразы. [20]

У Sulfolobus solfataricus гетеродимер примазы PriSL может действовать как примаза, полимераза и терминальная трансфераза. Считается, что PriSL инициирует синтез праймеров с помощью NTP, а затем переключается на dNTP. Фермент может полимеризовать цепи РНК или ДНК, при этом длина продуктов ДНК достигает 7000 нуклеотидов (7 т.п.н.). Предполагается, что эта двойная функциональность может быть общей чертой архейных примазов. [11]

У бактерий [ править ]

Многофункциональные примазы AEP также появляются у бактерий и фагов, которые их заражают. Они могут отображать новые доменные организации с доменами, которые несут еще больше функций за пределами полимеризации. [14]

Бактериальный LigD ( A0R3R7 ) в первую очередь участвует в пути NHEJ. Он имеет домен полимеразы / примазы суперсемейства AEP, домен 3'-фосфоэстеразы и домен лигазы. Он также способен проявлять активность примазы, ДНК и РНК-полимеразы и терминальной трансферазы. Активность полимеризации ДНК может давать цепи длиной более 7000 нуклеотидов (7 т.п.н.), тогда как полимеризация РНК дает цепи длиной до 1 т.п.н. [21]

В вирусах и плазмидах [ править ]

Ферменты AEP широко распространены и могут быть найдены закодированными в мобильных генетических элементах, включая вирусы / фаги и плазмиды. Они либо используют их как единственный белок репликации, либо в сочетании с другими белками, связанными с репликацией, такими как геликазы и, реже, ДНК-полимеразы. [22] В то время как присутствие AEP в вирусах эукариот и архей ожидается в том смысле, что они отражают их хозяев, [22] бактериальные вирусы и плазмиды также так же часто кодируют ферменты суперсемейства AEP, как и примазы семейства DnaG. [14] Большое разнообразие семейств AEP было обнаружено в различных бактериальных плазмидах сравнительными геномными исследованиями. [14]Их эволюционная история в настоящее время неизвестна, поскольку они, обнаруженные у бактерий и бацериофагов, слишком отличаются от своих архео-эукариотических гомологов для недавнего горизонтального переноса генов . [22]

MCM-подобная геликаза в штамме Bacillus cereus ATCC 14579 (BcMCM; Q81EV1 ) представляет собой геликазу SF6, слитую с примазой AEP. Фермент выполняет функции как примазы, так и полимеразы в дополнение к функции геликазы. Кодирующий его ген обнаружен в профаге. [17] Он имеет гомологию с ORF904 плазмиды pRN1 из Sulfolobus islandicus , которая имеет домен AEP PrimPol. [23] Вирус осповакцины D5 и примаза HSV также являются примерами слияния AEP-геликазы. [12] [6]

PolpTN2 - это примаза архей, обнаруженная в плазмиде TN2. Он представляет собой слияние доменов, гомологичных PriS и PriL, проявляет активность как прайазы, так и ДНК-полимеразы, а также функцию терминальной трансферазы. В отличие от большинства примаз, PolpTN2 образует праймеры, состоящие исключительно из dNTP. [13] Неожиданно, когда PriL-подобный домен был усечен, PolpTN2 также мог синтезировать ДНК на матрице РНК, т.е. действовать как РНК-зависимая ДНК-полимераза (обратная транскриптаза). [13]

Даже примазы DnaG могут иметь дополнительные функции, если им предоставлены правильные домены. Фага Т7 gp4 является DNAG праймаза-геликаза слияния, и выполняет обе функции в репликации. [5]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Bocquier А. А., Лю L, Cann IK, Komori K, Kohda D, Ишино Y (март 2001). «Архейская примаза: преодоление разрыва между РНК и ДНК-полимеразами». Текущая биология . 11 (6): 452–6. DOI : 10.1016 / s0960-9822 (01) 00119-1 . PMID  11301257 .
  2. ^ a b Барановский А.Г., Чжан Ю., Сува Ю., Бабаева Н.Д., Гу Дж., Павлов Ю.И., Тахиров Т.Х. (февраль 2015 г.). «Кристаллическая структура человеческого примаса» . Журнал биологической химии . 290 (9): 5635–46. DOI : 10.1074 / jbc.M114.624742 . PMC 4342476 . PMID 25550159 .  
  3. ^ a b c Грип М.А. (август 1995 г.). «Структура и функции прайма». Индийский журнал биохимии и биофизики . 32 (4): 171–8. PMID 8655184 . 
  4. ^ a b c d e f g Кек Дж. Л., Рош Д. Д., Линч А. С., Бергер Дж. М. (март 2000 г.). «Структура РНК-полимеразного домена примазы E. coli». Наука . 287 (5462): 2482–6. DOI : 10.1126 / science.287.5462.2482 . PMID 10741967 . 
  5. ^ a b c Ли Дж. Б., Хайт Р.К., Хамдан С.М., Се XS, Ричардсон С.К., ван Ойен А.М. (февраль 2006 г.). «ДНК-примаза действует как молекулярный тормоз при репликации ДНК» (PDF) . Природа . 439 (7076): 621–4. DOI : 10,1038 / природа04317 . PMID 16452983 .  
  6. ^ a b c d Кавано Н. А., Кучта Р. Д. (январь 2009 г.). «Инициирование новых цепей ДНК комплексом примаза-геликаза вируса простого герпеса-1 и ДНК-полимеразой герпеса или альфа-ДНК-полимеразой человека» . Журнал биологической химии . 284 (3): 1523–32. DOI : 10.1074 / jbc.M805476200 . PMC 2615532 . PMID 19028696 .  
  7. ^ Кек JL, Berger JM (январь 2001). «Primus interpares (Первый среди равных)». Структурная биология природы . 8 (1): 2–4. DOI : 10.1038 / 82996 . PMID 11135655 . 
  8. ^ a b Аравинд Л., Лейпе Д. Д., Кунин Е. В. (сентябрь 1998 г.). «Топрим - консервативный каталитический домен в топоизомеразах типа IA и II, примазах типа DnaG, нуклеазах семейства OLD и белках RecR» . Исследования нуклеиновых кислот . 26 (18): 4205–13. DOI : 10.1093 / NAR / 26.18.4205 . PMC 147817 . PMID 9722641 .  
  9. ^ Hou L, G Klug, Evguenieva-Hackenberg E (март 2013). «Белку DnaG архей необходим Csl4 для связывания с экзосомой и усиливает его взаимодействие с РНК, богатой аденином» . Биология РНК . 10 (3): 415–24. DOI : 10,4161 / rna.23450 . PMC 3672285 . PMID 23324612 .  
  10. ^ Айер Л.М., Кунин Е.В., Leipe DD, Аравиндом L (2005). «Происхождение и эволюция надсемейства архео-эукариотических примаз и родственных белков пальмового домена: структурные открытия и новые члены» . Исследования нуклеиновых кислот . 33 (12): 3875–96. DOI : 10.1093 / NAR / gki702 . PMC 1176014 . PMID 16027112 .  
  11. ^ a b c Lao-Sirieix SH, Bell SD (декабрь 2004 г.). «Гетеродимерная примаза гипертермофильной археи Sulfolobus solfataricus обладает активностью ДНК и РНК-примазы, полимеразы и 3'-концевой нуклеотидилтрансферазы». Журнал молекулярной биологии . 344 (5): 1251–63. DOI : 10.1016 / j.jmb.2004.10.018 . PMID 15561142 . 
  12. ^ a b c d Гиллиам Т.А., Кин Б.А., Бриссетт, Северная Каролина, Доэрти, AJ (август 2015 г.). «Примаза-полимеразы представляют собой функционально разнообразное суперсемейство ферментов репликации и репарации» . Исследования нуклеиновых кислот . 43 (14): 6651–64. DOI : 10.1093 / NAR / gkv625 . PMC 4538821 . PMID 26109351 .  
  13. ^ a b c d Gill S, Krupovic M, Desnoues N, Béguin P, Sezonov G, Forterre P (апрель 2014 г.). «Очень дивергентная архео-эукариотическая примаза из плазмиды Thermococcus nautilus, pTN2» . Исследования нуклеиновых кислот . 42 (6): 3707–19. DOI : 10.1093 / NAR / gkt1385 . PMC 3973330 . PMID 24445805 .  
  14. ^ a b c d Казлаускас Д., Сезонов Г., Шарпен Н., Венцловас Ч, Фортер П, Крупович М. (март 2018 г.). «Новые семейства архео-эукариотических примитивов, ассоциированных с мобильными генетическими элементами бактерий и архей» . Журнал молекулярной биологии . 430 (5): 737–750. DOI : 10.1016 / j.jmb.2017.11.014 . PMC 5862659 . PMID 29198957 .  
  15. ^ а б Ван Л., Лу Дж., Ся И, Су Б, Лю Т., Цуй Дж, Сунь И, Лу Х, Хуан Дж. (декабрь 2013 г.). «hPrimpol1 / CCDC111 представляет собой человеческую ДНК-примазу-полимеразу, необходимую для поддержания целостности генома» . EMBO Reports . 14 (12): 1104–12. DOI : 10.1038 / embor.2013.159 . PMC 3981091 . PMID 24126761 .  
  16. ^ a b c Гарсиа-Гомес С., Рейес А., Мартинес-Хименес М. И., Чокрон Е. С., Моурон С., Террадос Г., Пауэлл С., Салидо Е., Мендес Дж., Холт И. Дж., Бланко Л. (ноябрь 2013 г.). «PrimPol, архаичная примаза / полимераза, действующая в клетках человека» . Молекулярная клетка . 52 (4): 541–53. DOI : 10.1016 / j.molcel.2013.09.025 . PMC 3899013 . PMID 24207056 .  
  17. ^ a b Санчес-Беррондо Дж., Меса П., Ибарра А., Мартинес-Хименес М. И., Бланко Л., Мендес Дж., Боскович Дж., Монтойя Г. (февраль 2012 г.). «Молекулярная архитектура многофункционального комплекса MCM» . Исследования нуклеиновых кислот . 40 (3): 1366–80. DOI : 10.1093 / NAR / gkr831 . PMC 3273815 . PMID 21984415 .  
  18. ^ a b Кин Б.А., Йозвяковски С.К., Бейли Л.Дж., Бьянки Дж., Доэрти А.Дж. (май 2014 г.). «Молекулярный анализ доменной архитектуры и каталитической активности человека PrimPol» . Исследования нуклеиновых кислот . 42 (9): 5830–45. DOI : 10.1093 / NAR / gku214 . PMC 4027207 . PMID 24682820 .  
  19. ^ Jozwiakowski SK, Borazjani Gholami F, Doherty AJ (февраль 2015). «Репликативные примазы архей могут выполнять транслезионный синтез ДНК» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 112 (7): E633-8. DOI : 10.1073 / pnas.1412982112 . PMC 4343091 . PMID 25646444 .  
  20. ↑ Barry ER, Bell SD (декабрь 2006 г.). «Репликация ДНК в архее» . Обзоры микробиологии и молекулярной биологии . 70 (4): 876–87. DOI : 10.1128 / MMBR.00029-06 . PMC 1698513 . PMID 17158702 .  
  21. ^ Лао-Сирьекс SH, Пеллегрини L, Bell SD (октябрь 2005). "Беспорядочные половые связи". Тенденции в генетике . 21 (10): 568–72. DOI : 10.1016 / j.tig.2005.07.010 . PMID 16095750 . 
  22. ^ a b c Казлаускас Д., Крупович М., Венцловас Ч (июнь 2016 г.). «Логика репликации ДНК в двухцепочечных ДНК-вирусах: выводы из глобального анализа вирусных геномов» . Исследования нуклеиновых кислот . 44 (10): 4551–64. DOI : 10.1093 / NAR / gkw322 . PMC 4889955 . PMID 27112572 .  
  23. ^ Lipps G, Weinzierl А.О., фон Scheven G, Buchen C, Крамер P (февраль 2004). «Структура бифункциональной ДНК-примаза-полимеразы». Структурная и молекулярная биология природы . 11 (2): 157–62. DOI : 10.1038 / nsmb723 . PMID 14730355 . 

Внешние ссылки [ править ]

  • Обзорная статья о структуре и функциях примитивов (1995)
  • DNA + Primase в Национальной медицинской библиотеке США по предметным заголовкам по медицинским предметам (MeSH)
  • Протеопедия: Геликаза-связывающий домен примазы Escherichia coli
  • Протеопедия: комплекс между геликазой DnaB и примазой DnaG