Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Экзодезоксирибонуклеаза V
RecBCD 1W36.png
Рис. 1. Кристаллографическая структура фермента RecBCD ( PDB : 1W36 ). [1] Субъединицы RecB, RecC и RecD фермента окрашены в голубой, зеленый и пурпурный цвета соответственно, в то время как частично размотанная спираль ДНК, с которой связан фермент, окрашена в коричневый цвет.
Идентификаторы
Номер ЕС3.1.11.5
Количество CAS37350-26-8
Базы данных
IntEnzПросмотр IntEnz
BRENDABRENDA запись
ExPASyПросмотр NiceZyme
КЕГГЗапись в KEGG
MetaCycметаболический путь
ПРИАМпрофиль
Структуры PDB RCSB PDB PDBe PDBsum
Поиск
ЧВКстатьи
PubMedстатьи
NCBIбелки

RecBCD ( ЕС 3.1.11.5 , экзонуклеаза V , кишечная палочка экзонуклеазу В , E.coli , экзонуклеазы V , ген recBC endoenzyme , RecBC дизоксирибонуклеазы , ген recBC ДНКазы , ген RecBCD ферментов ) представляет собой фермент , из кишечной палочки бактерии , которая инициирует рекомбинационную репарацию из потенциально летальные двухцепочечные разрывы в ДНК, которые могут быть результатом ионизирующего излучения , ошибок репликации, эндонуклеаз , окислительного повреждения и множества других факторов.[2] [3] Фермент RecBCD представляет собой геликазу, которая раскручивает или разделяет цепи ДНК, и нуклеазу, которая создает одноцепочечные разрывы в ДНК. [1]

Структура [ править ]

Ферментный комплекс состоит из трех различных субъединиц, называемых RecB, RecC и RecD, и поэтому комплекс называется RecBCD (рис. 1). До открытия гена recD [4] этот фермент был известен как «RecBC». Каждая субъединица кодируется отдельным геном:

генцепьбелокфункция
RecBбетаP083943'-5 'геликаза, нуклеаза
RecCгаммаP07648Признает Чи ( с rossover ч otspot я nstigator)
RecDальфаP049935'-3 'геликаза

Функция [ править ]

Основная статья: Гомологичная рекомбинация: путь RecBCD
Рис. 2 Путь RecBCD гомологичной рекомбинации, где АТФ находится в избытке.

Субъединицы RecD и RecB представляют собой геликазы, т. Е. Энергозависимые молекулярные моторы, которые раскручивают ДНК (или РНК в случае других белков). Субъединица RecB, кроме того, выполняет нуклеазную функцию. [5] Наконец, фермент RecBCD (возможно, субъединица RecC) распознает специфическую последовательность в ДНК, 5 ' -GCTGGTGG- 3' , известную как Chi (иногда обозначаемую греческой буквой χ).

RecBCD необычен среди геликаз, потому что он имеет две геликазы, которые перемещаются с разной скоростью [6], и потому, что он может распознавать и изменяться последовательностью ДНК Chi. [7] [8] RecBCD активно связывает конец линейной двухцепочечной (ds) ДНК. Хеликаза RecD перемещается по цепи с 5 'концом, на котором фермент инициирует раскручивание, и RecB по цепи с 3' концом. RecB работает медленнее, чем RecD, поэтому одноцепочечная (ss) петля ДНК накапливается впереди RecB (рис. 2). Это дает структуры ДНК с двумя ss-хвостами (более короткий хвост с 3 'концом и более длинный хвост с 5') и одной ss-петлей (на цепи с 3 'концом), наблюдаемые с помощью электронной микроскопии. [9] SS-хвосты можно отжечь, чтобы получить второй ss-контур, дополнительный к первому; такие двухпетлевые структуры первоначально назывались «кроличьими ушами».

Механизм действия [ править ]

Рис. 3. Начало пути гомологичной рекомбинации RecBCD, где присутствует избыток Mg 2+ .

Во время раскрутки нуклеаза в RecB может действовать по-разному в зависимости от условий реакции, особенно от соотношения концентраций ионов Mg 2+ и АТФ. (1) Если АТФ в избытке, фермент просто надрывает цепь Chi (цепь с начальным 3 'концом) (рис. 2). [10] [11] Раскручивание продолжается и образует 3-й хвост с Чи около его конца. Этот хвост может быть связан с белком RecA, который способствует обмену цепи с интактным гомологичным дуплексом ДНК. [12] Когда RecBCD достигает конца ДНК, все три субъединицы разбираются, и фермент остается неактивным в течение часа или более; [13] молекула RecBCD, действующая на Chi, не атакует другую молекулу ДНК. (2)Если ионы Mg 2+ находятся в избытке, RecBCD расщепляет обе нити ДНК эндонуклеолитически, хотя 5 'хвост расщепляется реже (рис. 3). [14] Когда RecBCD встречает Чи-сайт на 3'-конце цепи, паузы в раскручивании и переваривание 3'-хвоста уменьшаются. [15] Когда RecBCD возобновляет раскручивание, он теперь расщепляет противоположную цепь ( т.е. 5 'хвост) [16] [17] и загружает белок RecA на 3'-концевую цепь. [12] После завершения реакции на одной молекуле ДНК фермент быстро атакует вторую ДНК, на которой происходят те же реакции, что и на первой ДНК.

Хотя ни одна из реакций не была подтверждена анализом внутриклеточной ДНК, из-за преходящей природы промежуточных продуктов реакции, генетические данные показывают, что первая реакция более близка к реакции в клетках. [2] Например, на активность Chi влияют нуклеотиды на его 3'-стороне, как в клетках, так и в реакциях с избытком АТФ, но не с избытком Mg 2+ [PMIDs 27401752, 27330137]. Мутанты RecBCD, лишенные детектируемой экзонуклеазной активности, сохраняют высокую активность горячих точек Chi в клетках и надрывают Chi вне клеток. [18] Сайт Chi на одной молекуле ДНК в клетках снижает или устраняет активность Chi на другой ДНК, возможно, отражая Chi-зависимую разборку RecBCD, наблюдаемую in vitro в условиях избытка АТФ и раскалывания ДНК в Chi.[19] [20]

В обоих условиях реакции 3'-цепь остается нетронутой после Chi. Затем белок RecA активно загружается на 3 'хвост с помощью RecBCD. [12] В какой-то неопределенный момент RecBCD отделяется от ДНК, хотя RecBCD может раскрутить не менее 60 т.п.н. ДНК без отрыва. RecA инициирует обмен нити ДНК, с которой он связан, с идентичной или почти идентичной нитью в интактном дуплексе ДНК; этот обмен цепями генерирует совместную молекулу ДНК, такую ​​как D-петля (рис. 2). Считается, что объединенная молекула ДНК разрешается либо путем репликации, примированной вторгающейся цепью с 3 'концом, содержащей Chi, либо путем расщепления D-петли и образования соединения Холлидея. Соединение Холлидея может быть преобразовано в линейную ДНК с помощьюКомплекс RuvABC или диссоциирует с помощью белка RecG . Каждое из этих событий может генерировать интактную ДНК с новыми комбинациями генетических маркеров, по которым родительские ДНК могут отличаться. Этот процесс гомологичной рекомбинации завершает репарацию двухцепочечного разрыва ДНК.

Приложения [ править ]

RecBCD - это модельный фермент для использования флуоресценции одиночных молекул в качестве экспериментального метода, используемого для лучшего понимания функции взаимодействий белок-ДНК. [21] Фермент также полезен для удаления линейной ДНК, одно- или двухцепочечной, из препаратов кольцевой двухцепочечной ДНК, поскольку для его активности требуется конец ДНК.

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Singleton MR, Dillingham MS, Gaudier M, Kowalczykowski SC, Wigley DB (ноябрь 2004 г.). «Кристаллическая структура фермента RecBCD раскрывает машину для обработки разрывов ДНК». Природа . 432 (7014): 187–93. Bibcode : 2004Natur.432..187S . DOI : 10,1038 / природа02988 . PMID  15538360 .
  2. ^ a b Смит, GR (июнь 2012 г.). «Как фермент RecBCD и Chi способствуют восстановлению разрывов ДНК и рекомбинации: взгляд молекулярного биолога» . Microbiol Mol Biol Rev . 76 (2): 217–28. DOI : 10.1128 / MMBR.05026-11 . PMC 3372252 . PMID 22688812 .  
  3. Перейти ↑ Spies M, Kowalczykowski SC (2003). «Гомологичная рекомбинация по путям RecBCD и RecF». В Хиггинсе P (ред.). Бактериальные хромосомы . Вашингтон, округ Колумбия: ASM Press. С. 389–403. ISBN 1-55581-232-5.
  4. ^ Амундсен СК, Тейлор А.Ф., Чаудхури А.М., Смит Г.Р. (август 1986). « recD : ген важной третьей субъединицы экзонуклеазы V.» Proc Natl Acad Sci USA . 83 (15): 5558–62. Bibcode : 1986PNAS ... 83.5558A . DOI : 10.1073 / pnas.83.15.5558 . PMC 386327 . PMID 3526335 .   
  5. ^ Ю М, Souaya J, Julin DA (февраль 1998). «С-концевой домен 30 кДа белка RecB имеет решающее значение для нуклеазной активности, но не для активности геликазы фермента RecBCD из Escherichia coli » . Proc Natl Acad Sci USA . 95 (3): 981–6. DOI : 10.1073 / pnas.95.3.981 . PMC 18645 . PMID 9448271 .  
  6. Перейти ↑ Taylor AF, Smith GR (июнь 2003 г.). «Фермент RecBCD - это ДНК-геликаза с быстрым и медленным моторами противоположной полярности». Природа . 423 (6942): 889–93. Bibcode : 2003Natur.423..889T . DOI : 10,1038 / природа01674 . PMID 12815437 . 
  7. ^ Тейлор А.Ф., Смит Г.Р. (июнь 1992 г.). «Фермент RecBCD изменяется при разрезании ДНК в горячей точке рекомбинации Чи» . Proc Natl Acad Sci USA . 89 (12): 5226–30. Bibcode : 1992PNAS ... 89.5226T . DOI : 10.1073 / pnas.89.12.5226 . PMC 49264 . PMID 1535156 .  
  8. Перейти ↑ Amundsen SK, Taylor AF, Reddy M, Smith GR (декабрь 2007 г.). «Межсубъединичная передача сигналов в ферменте RecBCD, сложной белковой машине, регулируемой горячими точками Чи» . Genes Dev . 21 (24): 3296–307. DOI : 10,1101 / gad.1605807 . PMC 2113030 . PMID 18079176 .  
  9. Перейти ↑ Taylor A, Smith GR (ноябрь 1980 г.). «Размотка и перемотка ДНК ферментом RecBC». Cell . 22 (2 Пет 2): 447–57. DOI : 10.1016 / 0092-8674 (80) 90355-4 . PMID 6256081 . 
  10. ^ Понтичелли, AS; Шульц, DW; Тейлор, AF; Смит, Г. Р. (май 1985 г.). «Хи-зависимое расщепление цепи ДНК ферментом RecBC». Cell . 41 (1): 145–151. DOI : 10.1016 / 0092-8674 (85) 90069-8 . PMID 3888404 . 
  11. Перейти ↑ Taylor AF, Schultz DW, Ponticelli AS, Smith GR (май 1985). "Фермент RecBC раскалывание в сайтах Chi во время раскручивания ДНК: расположение и ориентация разрезания". Cell . 41 (1): 153–63. DOI : 10.1016 / 0092-8674 (85) 90070-4 . PMID 3888405 . 
  12. ^ a b c Андерсон Д.Г., Ковальчиковски С.К. (июль 1997 г.). «Транслоцирующий фермент RecBCD стимулирует рекомбинацию, направляя белок RecA на оцДНК посредством Chi». Cell . 90 (1): 77–86. DOI : 10.1016 / S0092-8674 (00) 80315-3 . PMID 9230304 . 
  13. ^ Тейлор А.Ф., Смит Г.Р. (апрель 1999 г.). «Регулирование гомологичной рекомбинации: Chi инактивирует фермент RecBCD путем разборки трех субъединиц» . Genes Dev . 13 (7): 890–900. DOI : 10,1101 / gad.13.7.890 . PMC 316601 . PMID 10197988 .  
  14. Перейти ↑ Dixon DA, Kowalczykowski SC (апрель 1993). «Горячая точка рекомбинации Chi представляет собой регуляторную последовательность, которая действует путем ослабления нуклеазной активности фермента RecBCD E. coli ». Cell . 73 (1): 87–96. DOI : 10.1016 / 0092-8674 (93) 90162-J . PMID 8384931 . 
  15. ^ Шпионы M, Amitani I, Баскин RJ, Kowalczykowski SC (ноябрь 2007). «Фермент RecBCD переключает двигательные субъединицы свинца в ответ на распознавание Чи» . Cell . 131 (4): 694–705. DOI : 10.1016 / j.cell.2007.09.023 . PMC 2151923 . PMID 18022364 .  
  16. Перейти ↑ Taylor AF, Smith GR (октябрь 1995 г.). «Специфичность цепей ДНК в сайтах Chi ферментом RecBCD. Модуляция уровнями АТФ и магния» . J Biol Chem . 270 (41): 24459–67. DOI : 10.1074 / jbc.270.41.24459 . PMID 7592661 . 
  17. ^ Anderson DG, Kowalczykowski SC (март 1997). «Горячая точка рекомбинации - это регуляторный элемент, который переключает полярность деградации ДНК ферментом RecBCD» . Genes Dev . 11 (5): 571–81. DOI : 10,1101 / gad.11.5.571 . PMID 9119222 . 
  18. ↑ Амундсен С.К., Смит Г.Р. (январь 2007 г.). «Активность горячих точек ци в Escherichia coli без активности экзонуклеазы RecBCD: последствия для механизма рекомбинации» . Генетика . 175 (1): 41–54. DOI : 10.1534 / genetics.106.065524 . PMC 1774988 . PMID 17110484 .  
  19. ^ Кеппена А, Krobitsch S, ТЬотз В, Вакернагель Вт (июль 1995 года). «Взаимодействие с горячей точкой рекомбинации Chi in vivo превращает фермент RecBCD Escherichia coli в Chi-независимую рекомбиназу путем инактивации субъединицы RecD» . Proc Natl Acad Sci USA . 92 (14): 6249–53. Bibcode : 1995PNAS ... 92.6249K . DOI : 10.1073 / pnas.92.14.6249 . PMC 41495 . PMID 7541534 .  
  20. Перейти ↑ Myers RS, Kuzminov A, Stahl FW (июль 1995 г.). «Горячая точка рекомбинации Chi активирует рекомбинацию RecBCD, превращая Escherichia coli в мутантную фенокопию recD» . Proc Natl Acad Sci USA . 92 (14): 6244–8. Bibcode : 1995PNAS ... 92.6244M . DOI : 10.1073 / pnas.92.14.6244 . PMC 41494 . PMID 7603978 .  
  21. ^ Bianco PR, Brewer LR, Corzett M, Balhorn R, Yeh Y, Kowalczykowski SC, Баскин RJ (январь 2001). «Процессивная транслокация и раскручивание ДНК отдельными молекулами фермента RecBCD». Природа . 409 (6818): 374–8. Bibcode : 2001Natur.409..374B . DOI : 10.1038 / 35053131 . PMID 11201750 . 

Внешние ссылки [ править ]

  • Экзодезоксирибонуклеаза + V в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
  • Экзодезоксирибонуклеаза + V, + E + coli в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
  • EC 3.1.11.5