WikiDer > Primase - Википедия

Primase - Wikipedia
Домен Toprim
Идентификаторы
СимволТоприм
PfamPF01751
Pfam кланТоприм-подобный
ИнтерПроIPR006171
SCOP22fcj / Объем / СУПФАМ
Каталитическое ядро ​​ДНК-примазы
Идентификаторы
СимволToprim_N
PfamPF08275
ИнтерПроIPR013264
SCOP21dd9 / Объем / СУПФАМ
ДНК-примаза, малая субъединица
Идентификаторы
СимволДНК_примаза_S
PfamPF01896
Pfam кланAEP
ИнтерПроIPR002755
SCOP21g71 / Объем / СУПФАМ
ДНК-примаза, большая субъединица
Идентификаторы
СимволDNA_primase_lrg
PfamPF04104
Pfam кланCL0242
ИнтерПроIPR007238
SCOP21zt2 / Объем / СУПФАМ

ДНК-примаза является фермент участвует в репликация ДНК и это тип РНК-полимераза. Примаза катализирует синтез короткой РНК (или ДНК в некоторых организмах).[1]) сегмент, называемый грунтовка дополняет оцДНК (одноцепочечная ДНК) матрица. После этого удлинения РНК часть удалена на 5 футов до 3 футов экзонуклеаза и заправлен ДНК.

Функция

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

В бактерии, primase связывается с ДНК-геликаза образуя комплекс, называемый примосома. Примаза активируется геликазой, которая затем синтезирует короткий праймер РНК примерно 11 ± 1 нуклеотиды длинный, 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] Приматы в таких организмах, как Кишечная палочка синтезировать от 2000 до 3000 праймеров со скоростью один праймер в секунду.[4] Primase также действует как останавливающий механизм для предотвращения ведущая нить от опережения отстающая нить остановив развитие вилка репликации.[5] Шаг определения скорости в primase - это когда первый фосфодиэфирная связь образуется между двумя молекулами РНК.[3]

Механизмы репликации различаются у разных бактерий и вирусы где примаса ковалентно связана с геликаза в вирусах, таких как Бактериофаг Т7.[5] В таких вирусах, как Вирус простого герпеса (HSV-1) примаза может образовывать комплексы с геликазой.[6] Комплекс праймаза-геликаза используется для раскручивания дцДНК (двухцепочечной) и синтеза отстающей цепи с использованием праймеров РНК.[6] Большинство праймеров, синтезируемых примазой, имеют длину от двух до трех нуклеотидов.[6]

Типы

Выделяют два основных типа примас: DnaG обнаружен у большинства бактерий, а суперсемейство AEP (Archaeo-Eukaryote Primase) обнаружено у архейских и эукариотических примазов. В то время как бактериальные примазы (DnaG-тип) состоят из одной белковой единицы (мономера) и синтезируют праймеры РНК, примазы AEP обычно состоят из двух разных единиц примазы (гетеродимер) и синтезируют двухкомпонентные праймеры с компонентами РНК и ДНК.[7] Хотя эти два суперсемейства функционально схожи, они развивались независимо друг от друга.

DnaG

Кристаллическая структура примазы в Кишечная палочка с ядром, содержащим DnaG белок был определен в 2000 году.[4] Комплекс DnaG и примазы имеет форму кешью и содержит три субдомена.[4] Центральная подобласть образует верхняя складка который сделан из смеси пяти бета-листы и шесть альфа спирали.[4][8] Верхняя складка используется для связывания регуляторов и металлов. Primase использует фосфоперенос домен для координации переноса металлов, что отличает его от других полимераз.[4] Боковые субъединицы содержат NH2 и COOH терминал из альфа-спиралей и бета-листов.[4] NH2 терминал взаимодействует с цинк связывающий домен и COOH-концевую область, которая взаимодействует с DnaB-ID.[4]

Фальц Топрим также встречается в топоизомераза и митохрондриальный Мерцать примаза / геликаза.[8] Некоторые DnaG-подобные (бактериоподобные; ИнтерПро: IPR020607) примазы обнаружены в геномах архей.[9]

AEP

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 в этом семействе.[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 одним большим регуляторным (человеческим ПРИМ2, p58) и одну небольшую каталитическую субъединицу (человеческий ПРИМ1, стр 48 / стр 49).[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 приматы

Рисунок 1. Выберите многофункциональные примазы из трех областей 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 перевод, транслезионный синтез (TLS), негомологичное соединение концов (NHEJ),[12] и, возможно, при перезапуске остановившихся вилок репликации.[15] Примазы обычно синтезируют праймеры из рибонуклеотиды (НПТ); однако примазы с полимеразными способностями также обладают сродством к дезоксирибонуклеотиды (дНТФ).[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

Человек ПримПол (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 транслезии[18] и при перезапуске остановившихся вилок репликации. 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 трансфузий (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]

В 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]

В бактериях

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.), в то время как полимеризация РНК дает цепи длиной до 1 т.п.н.[21]

В вирусах и плазмидах

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] Принимая во внимание, что присутствие AEP в эукариотических и архейных вирусах ожидается в том смысле, что они отражают своих хозяев,[22] бактериальные вирусы и плазмиды также кодируют ферменты суперсемейства AEP так же часто, 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, так как они, обнаруженные у бактерий и бацериофагов, слишком отличаются от своих архео-эукариотических гомологов для недавних исследований. горизонтальный перенос генов.[22]

MCM-подобная геликаза в Bacillus cereus штамм 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, который 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. В T7 фаг gp4 представляет собой слияние примазы-геликазы DnaG и выполняет обе функции при репликации.[5]

Рекомендации

  1. ^ Бокье А.А., Лю Л., Канн И.К., Комори К., Кохда Д., Ишино Ю. (март 2001 г.). «Архейская примаза: преодоление разрыва между РНК и ДНК-полимеразами». Текущая биология. 11 (6): 452–6. Дои:10.1016 / s0960-9822 (01) 00119-1. PMID 11301257.
  2. ^ а б Барановский А.Г., Чжан Ы, Сува Ы, 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. Дои:10.1074 / jbc.M114.624742. ЧВК 4342476. PMID 25550159.
  3. ^ а б c Грип М.А. (август 1995 г.). «Структура и функции прайма». Индийский журнал биохимии и биофизики. 32 (4): 171–8. PMID 8655184.
  4. ^ а б c d е ж грамм 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. Дои:10.1126 / science.287.5462.2482. PMID 10741967.
  5. ^ а б 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 в репликации ДНК» (PDF). Природа. 439 (7076): 621–4. Дои:10.1038 / природа04317. PMID 16452983.
  6. ^ а б 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. Дои:10.1074 / jbc.M805476200. ЧВК 2615532. PMID 19028696.
  7. ^ Кек Дж. Л., Бергер Дж. М. (январь 2001 г.). «Primus interpares (первый среди равных)». Структурная биология природы. 8 (1): 2–4. Дои:10.1038/82996. PMID 11135655.
  8. ^ а б 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. Дои:10.1093 / nar / 26.18.4205. ЧВК 147817. PMID 9722641.
  9. ^ Hou L, Klug G, Evguenieva-Hackenberg E (март 2013 г.). «Белку DnaG архей необходим Csl4 для связывания с экзосомой и усиливает его взаимодействие с РНК, богатой аденином». РНК Биология. 10 (3): 415–24. Дои:10.4161 / rna.23450. ЧВК 3672285. PMID 23324612.
  10. ^ Айер Л. М., Кунин Е. В., Лейпе Д. Д., Аравинд Л. (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. Дои:10.1093 / нар / gki702. ЧВК 1176014. PMID 16027112.
  11. ^ а б 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. Дои:10.1016 / j.jmb.2004.10.018. PMID 15561142.
  12. ^ а б c d Гиллиам Т.А., Кин Б.А., Бриссетт Северная Каролина, Доэрти А.Дж. (август 2015 г.). «Примаза-полимеразы представляют собой функционально разнообразное суперсемейство ферментов репликации и репарации». Исследования нуклеиновых кислот. 43 (14): 6651–64. Дои:10.1093 / нар / gkv625. ЧВК 4538821. PMID 26109351.
  13. ^ а б 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. Дои:10.1093 / нар / gkt1385. ЧВК 3973330. PMID 24445805.
  14. ^ а б 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. Дои:10.1016 / j.jmb.2017.11.014. ЧВК 5862659. PMID 29198957.
  15. ^ а б Ван Л., Лу Дж., Ся Й, Су Би, 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». Отчеты EMBO. 14 (12): 1104–12. Дои:10.1038 / embor.2013.159. ЧВК 3981091. PMID 24126761.
  16. ^ а б c Гарсиа-Гомес С., Рейес А., Мартинес-Хименес М.И., Чокрон Е.С., Моурон С., Террадос Дж., 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. Дои:10.1016 / j.molcel.2013.09.025. ЧВК 3899013. PMID 24207056.
  17. ^ а б 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 МКМ». Исследования нуклеиновых кислот. 40 (3): 1366–80. Дои:10.1093 / nar / gkr831. ЧВК 3273815. PMID 21984415.
  18. ^ а б Кин Б.А., Йозвяковски С.К., Бейли Л.Дж., Бьянки Дж., Доэрти А.Дж. (май 2014 г.). «Молекулярное изучение доменной архитектуры и каталитической активности человеческого PrimPol». Исследования нуклеиновых кислот. 42 (9): 5830–45. Дои:10.1093 / нар / gku214. ЧВК 4027207. PMID 24682820.
  19. ^ Jozwiakowski SK, Borazjani Gholami F, Doherty AJ (февраль 2015 г.). «Репликативные примазы архей могут выполнять трансфекционный синтез ДНК». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 112 (7): E633-8. Дои:10.1073 / pnas.1412982112. ЧВК 4343091. PMID 25646444.
  20. ^ Барри ER, Bell SD (декабрь 2006 г.). «Репликация ДНК в архее». Обзоры микробиологии и молекулярной биологии. 70 (4): 876–87. Дои:10.1128 / MMBR.00029-06. ЧВК 1698513. PMID 17158702.
  21. ^ Лао-Сирией С.Х., Пеллегрини Л., Белл С.Д. (октябрь 2005 г.). «Беспорядочные половые связи». Тенденции в генетике. 21 (10): 568–72. Дои:10.1016 / j.tig.2005.07.010. PMID 16095750.
  22. ^ а б 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. Дои:10.1093 / нар / gkw322. ЧВК 4889955. PMID 27112572.
  23. ^ Lipps G, Weinzierl AO, von Scheven G, Buchen C, Cramer P (февраль 2004 г.). «Структура бифункциональной ДНК-примаза-полимеразы». Структурная и молекулярная биология природы. 11 (2): 157–62. Дои:10.1038 / nsmb723. PMID 14730355.

внешняя ссылка