Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
recA бактериальный рекомбинационный белок ДНК
Гомологичная рекомбинация 3cmt.png
Кристаллическая структура комплекса RecA-ДНК. PDB ID: 3 см . [1]
Идентификаторы
СимволRecA
PfamPF00154
Клан пфамCL0023
ИнтерПроIPR013765
PROSITEPDOC00131
SCOP22reb / SCOPe / SUPFAM
Доступные белковые структуры:
Pfam  структуры / ECOD  
PDBRCSB PDB ; PDBe ; PDBj
PDBsumрезюме структуры

RecA - это белок весом 38 килодальтон, необходимый для восстановления и поддержания ДНК . [2] Структурный и функциональный гомолог RecA был обнаружен у всех видов, у которых он серьезно разыскивался, и служит архетипом для этого класса гомологичных белков репарации ДНК . Гомологичный белок называется RAD51 у эукариот и RadA у архей . [3] [4]

RecA выполняет несколько действий, связанных с репарацией ДНК . В бактериальном ответ SOS , она имеет СО- протеазы [5] функции в аутокаталитическом расщепления LexA репрессора и Л - репрессор. [6]

Связь RecA с основной ДНК основана на его центральной роли в гомологичной рекомбинации . Белок RecA прочно и длинными кластерами связывается с оцДНК с образованием нуклеопротеиновой нити. Белок имеет более одного сайта связывания ДНК и, таким образом, может удерживать одну и две цепи вместе. Эта особенность позволяет катализировать реакцию синапсиса ДНК между двойной спиралью ДНК и комплементарной областью одноцепочечной ДНК. Нить RecA-ssDNA ищет сходство последовательностей вдоль dsDNA. Неупорядоченная петля ДНК в RecA, петля 2, содержит остатки, ответственные за гомологичную рекомбинацию ДНК. [7]У некоторых бактерий посттрансляционная модификация RecA посредством фосфорилирования серинового остатка на петле 2 может препятствовать гомологичной рекомбинации. [8]

Процесс поиска вызывает растяжение дуплекса ДНК, что усиливает распознавание комплементарности последовательностей (механизм, названный конформационной проверкой [9] [10] ). Реакция инициирует обмен цепями между двумя рекомбинирующими двойными спиралями ДНК. После события синапсиса в гетеродуплексной области происходит процесс, называемый миграцией ветвей.начинается. При миграции ответвлений неспаренная область одной из одиночных цепей смещает парную область другой отдельной цепи, перемещая точку ветвления без изменения общего числа пар оснований. Однако может происходить спонтанная миграция ветвей, поскольку она обычно происходит одинаково в обоих направлениях, поэтому маловероятно, что рекомбинация будет завершена эффективно. Белок RecA катализирует однонаправленную миграцию ветвей и тем самым делает возможным завершение рекомбинации с образованием области гетеродуплексной ДНК длиной в тысячи пар оснований.

Поскольку это ДНК-зависимая АТФаза , RecA содержит дополнительный сайт для связывания и гидролиза АТФ . RecA более тесно связывается с ДНК, когда у него есть АТФ, чем когда он связан с АДФ .

В кишечной палочке , гомологичная рекомбинация событие , опосредованное RecA может происходить в течение периода после репликации ДНК , когда сестра локусы остаются близкими. RecA может также опосредовать гомологичное спаривание, гомологичную рекомбинацию и репарацию разрывов ДНК между удаленными сестринскими локусами, которые сегрегированы с противоположными половинами клетки E. coli . [11]

Штаммы E. coli , дефицитные по RecA, полезны для процедур клонирования в лабораториях молекулярной биологии . Штаммы E. coli часто генетически модифицированы, чтобы они содержали мутантный аллель recA и, таким образом, обеспечивали стабильность внехромосомных сегментов ДНК, известных как плазмиды . В процессе, называемом трансформацией , плазмидная ДНК захватывается бактериями в различных условиях. Бактерии, содержащие экзогенные плазмиды, называются «трансформантами». Трансформанты сохраняют плазмиду во время деления клеток, так что ее можно извлекать и использовать в других приложениях. Без функционального белка RecA экзогенная плазмидная ДНК не изменяется бактериями.Затем очистка этой плазмиды от бактериальных культур может позволить высокоточную ПЦР- амплификацию исходной плазмидной последовательности.

Потенциал в качестве мишени для наркотиков [ править ]

Вигл и Синглтон из Университета Северной Каролины показали, что небольшие молекулы, мешающие функции RecA в клетке, могут быть полезны при создании новых антибиотиков . [12] Поскольку многие антибиотики приводят к повреждению ДНК, и все бактерии полагаются на RecA для устранения этого повреждения, ингибиторы RecA можно использовать для повышения токсичности антибиотиков. Кроме того, активность RecA является синонимом развития устойчивости к антибиотикам, а ингибиторы RecA также могут служить для отсрочки или предотвращения появления устойчивости к лекарственным препаратам бактерий.

Роль RecA в естественной трансформации [ править ]

Основываясь на анализе молекулярных свойств системы RecA, Кокс [13] пришел к выводу, что данные «предоставляют убедительные доказательства того, что основной задачей белка RecA является восстановление ДНК ». В следующем эссе, посвященном функции белка RecA, Кокс [14] обобщил данные, демонстрирующие, что «белок RecA превратился в центральный компонент рекомбинационной системы репарации ДНК , а создание генетического разнообразия в качестве иногда полезного побочного продукта».

Естественная бактериальная трансформация включает в себя перенос ДНК от одной бактерии к другой (обычно одного вида ) и интеграцию донорной ДНК в хромосому-реципиент путем гомологичной рекомбинации , процесса, опосредованного белком RecA (см. Трансформация (генетика) ). Трансформация, в которой RecA играет центральную роль, зависит от экспрессии множества дополнительных генных продуктов (например, около 40 генных продуктов в Bacillus subtilis ), которые специфически взаимодействуют для выполнения этого процесса, что указывает на то, что это эволюционная адаптация для переноса ДНК. У B. subtilisдлина переносимой ДНК может достигать трети и достигать размера всей хромосомы . [15] [16] Для того, чтобы бактерия могла связывать, захватывать и рекомбинировать экзогенную ДНК в свою хромосому, она должна сначала войти в особое физиологическое состояние, называемое «компетентность» (см. « Естественная компетентность» ). Трансформация является обычным явлением в прокариотическом мире, и на сегодняшний день известно, что 67 видов способны к трансформации. [17]

Одна из наиболее хорошо изученных систем трансформации - это B. subtilis . У этой бактерии белок RecA взаимодействует с входящей одноцепочечной ДНК (оцДНК) с образованием поразительных нитевидных структур. [18] Эти филаменты RecA / ssDNA исходят из полюса клетки, содержащего аппарат компетенции, и распространяются в цитозоль. Нитевидные нити RecA / ssDNA считаются динамическими нуклеофиламентами, которые сканируют резидентную хромосому на предмет областей гомологии. Этот процесс переносит поступающую ДНК в соответствующий участок хромосомы B. subtilis, где происходит информационный обмен.

Michod et al. [19] рассмотрели доказательства того, что RecA-опосредованная трансформация является адаптацией к гомологичной рекомбинационной репарации повреждений ДНК у B. subtilis , а также у нескольких других видов бактерий (например, Neisseria gonorrhoeae , Hemophilus influenzae , Streptococcus pneumoniae , Streptococcus mutans и Helicobacter pylori ). В случае патогенных видов, которые инфицируют людей, было высказано предположение, что RecA-опосредованное восстановление повреждений ДНК может иметь существенное преимущество, когда эти бактерии подвергаются воздействию окислительной защиты их хозяина.

Ссылки [ править ]

  1. ^ Чен, З .; Ян, H .; Павлетич, Н.П. (2008). «Механизм гомологичной рекомбинации из структур RecA – оцДНК / дцДНК». Природа . 453 (7194): 489–4. DOI : 10,1038 / природа06971 . PMID  18497818 .
  2. ^ Хорий Т .; Огава Т. и Огава Х. (1980). «Организация гена recA Escherichia coli» . Proc. Natl. Акад. Sci. США . 77 (1): 313–317. DOI : 10.1073 / pnas.77.1.313 . PMC 348260 . PMID 6244554 .  
  3. ^ Shinohara, Akira; Огава, Хидеюки; Огава, Томоко (1992). «Белок Rad51, участвующий в репарации и рекомбинации в S. cerevisiae, является RecA-подобным белком». Cell . 69 (3): 457–470. DOI : 10.1016 / 0092-8674 (92) 90447-к . PMID 1581961 . 
  4. ^ Зейтц, Эрика М .; Brockman, Joel P .; Сэндлер, Стивен Дж .; Кларк, А. Джон; Ковальчиковски, Стивен К. (1998-05-01). «Белок RadA является гомологом белка RecA архей, который катализирует обмен цепей ДНК» . Гены и развитие . 12 (9): 1248–1253. DOI : 10,1101 / gad.12.9.1248 . ISSN 0890-9369 . PMC 316774 . PMID 9573041 .   
  5. ^ Хорий Т .; Ogawa T .; Накатани Т .; Hase T .; Мацубара Х. и Огава Х. (1981). «Регулирование функций SOS: очистка белка LexA E. coli и определение его специфического сайта, расщепляемого белком RecA». Cell . 27 (3): 515–522. DOI : 10.1016 / 0092-8674 (81) 90393-7 . PMID 6101204 . 
  6. Перейти ↑ Little JW (1984). «Автопереваривание lexA и фаговых репрессоров лямбда» . Proc Natl Acad Sci USA . 81 (5): 1375–1379. DOI : 10.1073 / pnas.81.5.1375 . PMC 344836 . PMID 6231641 .  
  7. ^ Maraboeuf Р, Волошин О, Камерини-Отеро РД, Такахаши М (1995). «Центральный ароматический остаток в петле L2 RecA взаимодействует с ДНК. Гашение флуоресценции репортера триптофана, вставленного в L2, после связывания с ДНК» . J Biol Chem . 270 (52): 30927–32. DOI : 10.1074 / jbc.270.52.30927 . PMID 8537348 . CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  8. ^ Wipperman МФ, Хитон ВЕ, Nautiyal А, Adefisayo О, Эванс Н, Р. Гупта; и другие. (2018). «Микобактериальный мутагенез и устойчивость к лекарствам контролируются фосфорилированием и опосредованным кардиолипином ингибированием копротеазы RecA» . Mol Cell . 72 (1): 152-161.e7. DOI : 10.1016 / j.molcel.2018.07.037 . PMC 6389330 . PMID 30174294 .  CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  9. ^ Savir Y, Тлустой T (2010). «RecA-опосредованный поиск гомологии как почти оптимальная система обнаружения сигналов». Молекулярная клетка . 40 (3): 388–96. arXiv : 1011.4382 . DOI : 10.1016 / j.molcel.2010.10.020 . PMID 21070965 . 
  10. ^ Де Vlaminck Я, ван Loenhout МТ, Цвайфель л, ден Бланкен Дж, Hooning К, Хейдж S, Kerssemakers J, Деккер С (2012). «Механизм распознавания гомологии в рекомбинации ДНК из экспериментов с двумя молекулами» . Молекулярная клетка . 46 (5): 616–624. DOI : 10.1016 / j.molcel.2012.03.029 . PMID 22560720 . 
  11. ^ Lesterlin C, Болл G, L Schermelleh, Sherratt DJ (2014). «Связки RecA опосредуют гомологичное спаривание между удаленными сестрами во время репарации разрывов ДНК» . Природа . 506 (7487): 249–53. DOI : 10,1038 / природа12868 . PMC 3925069 . PMID 24362571 .  
  12. ^ Wigle TJ, Singleton SF (июнь 2007). «Направленный молекулярный скрининг ингибиторов RecA-АТФазы» . Биоорг. Med. Chem. Lett . 17 (12): 3249–53. DOI : 10.1016 / j.bmcl.2007.04.013 . PMC 1933586 . PMID 17499507 .  
  13. Перейти ↑ Cox MM (июнь 1991). «Белок RecA как рекомбинационная система репарации». Мол. Microbiol . 5 (6): 1295–9. DOI : 10.1111 / j.1365-2958.1991.tb00775.x . PMID 1787786 . 
  14. Перейти ↑ Cox MM (сентябрь 1993 г.). «Связь биохимии с биологией: как рекомбинационная функция восстановления белка RecA проявляется в его молекулярных свойствах». BioEssays . 15 (9): 617–23. DOI : 10.1002 / bies.950150908 . PMID 8240315 . 
  15. Перейти ↑ Akamatsu T, Taguchi H (апрель 2001 г.). «Включение всей хромосомной ДНК в лизаты протопластов в компетентные клетки Bacillus subtilis». Biosci. Biotechnol. Biochem . 65 (4): 823–9. DOI : 10.1271 / bbb.65.823 . PMID 11388459 . 
  16. Перейти ↑ Saito Y, Taguchi H, Akamatsu T (март 2006 г.). «Судьба трансформации бактериального генома после включения в компетентные клетки Bacillus subtilis: непрерывная длина встроенной ДНК». J. Biosci. Bioeng . 101 (3): 257–62. DOI : 10,1263 / jbb.101.257 . PMID 16716928 . 
  17. ^ Johnsborg O, Eldholm V, Håvarstein LS (декабрь 2007). «Естественная генетическая трансформация: распространенность, механизмы и функции». Res. Microbiol . 158 (10): 767–78. DOI : 10.1016 / j.resmic.2007.09.004 . PMID 17997281 . 
  18. ^ Кидан D, Грауманн PL (июль 2005). «Внутриклеточный белок и динамика ДНК в компетентных клетках Bacillus subtilis». Cell . 122 (1): 73–84. DOI : 10.1016 / j.cell.2005.04.036 . PMID 16009134 . 
  19. ^ Michod RE Бернштейн H, Nedelcu AM (май 2008). «Адаптивное значение секса у микробных патогенов». Заразить. Genet. Evol . 8 (3): 267–85. DOI : 10.1016 / j.meegid.2008.01.002 . PMID 18295550 . 
  • Джу К., МакКинни С.А., Накамура М., Расник И., Мён С., Ха Т (август 2006 г.). «Наблюдение в реальном времени за динамикой волокна RecA с разрешением одного мономера». Cell . 126 (3): 515–27. DOI : 10.1016 / j.cell.2006.06.042 . PMID  16901785 .