ДНК-3-метиладенин гликозилаза - DNA-3-methyladenine glycosylase

MPG
Белок MPG PDB 1bnk.png
Доступные конструкции
PDBПоиск ортолога: PDBe RCSB
Идентификаторы
ПсевдонимыMPG, AAG, ADPG, APNG, CRA36.1, MDG, Mid1, PIG11, PIG16, anpg, N-метилпурин ДНК-гликозилаза
Внешние идентификаторыOMIM: 156565 MGI: 97073 ГомолоГен: 1824 Генные карты: MPG
Расположение гена (человек)
Хромосома 16 (человек)
Chr.Хромосома 16 (человек)[1]
Хромосома 16 (человек)
Геномное местоположение MPG
Геномное местоположение MPG
Группа16p13.3Начните77,007 бп[1]
Конец85,853 бп[1]
Экспрессия РНК шаблон
PBB GE MPG 203686 в формате fs.png
Дополнительные данные эталонного выражения
Ортологи
ВидыЧеловекМышь
Entrez

4350

268395

Ансамбль

ENSG00000103152

ENSMUSG00000020287

UniProt

P29372

Q04841

RefSeq (мРНК)

NM_002434
NM_001015052
NM_001015054

NM_010822

RefSeq (белок)

NP_001015052
NP_001015054
NP_002425

NP_034952

Расположение (UCSC)Chr 16: 0,08 - 0,09 МбChr 11: 32.23 - 32.23 Мб
PubMed поиск[3][4]
Викиданные
Просмотр / редактирование человекаПросмотр / редактирование мыши

ДНК-3-метиладенин гликозилаза также известен как 3-алкиладенин ДНК-гликозилаза (AAG) или N-метилпурин ДНК-гликозилаза (MPG) - это фермент что у людей кодируется MPG ген.[5][6]

Алкиладенин-ДНК-гликозилаза - это особый тип ДНК гликозилаза. Это подсемейство монофункциональных гликозилаз участвует в распознавании различных повреждений оснований, включая алкилированные и дезаминированные пурины, и инициирует их восстановление через основная эксцизионная пластика путь.[7] На сегодняшний день человеческий AAG (hAAG) является единственной идентифицированной гликозилазой, которая вырезает пуриновые основания, поврежденные алкилированием, в клетках человека.[8]

Функция

Основания ДНК подвержены большому количеству аномалий: спонтанных алкилирование или окислительный дезаминирование. По оценкам, 104 мутации появляются в типичной человеческой клетке за день. Хотя это кажется незначительной суммой с учетом продления срока действия ДНК (1010 нуклеотидов), эти мутации приводят к изменению структуры и кодирующего потенциала ДНК, влияя на процессы репликация и транскрипция.

3-Метиладенин ДНК-гликозилазы способны инициировать основная эксцизионная пластика (BER) широкого диапазона оснований субстратов, которые из-за своей химической активности претерпевают неизбежные модификации, приводящие к различным биологическим результатам. Механизмы репарации ДНК играют жизненно важную роль в поддержании геномной целостности клеток различных организмов, в частности 3-метиладенин-ДНК-гликозилазы, обнаруженные в бактерии, дрожжи, растения, грызуны и люди. Таким образом, существуют разные подсемейства этого фермента, такие как человеческая алкиладенин-ДНК-гликозилаза (hAAG), которые действуют на другие поврежденные основания ДНК, кроме 3-MeA. [9]

Таблица, которая показывает наличие (+) или отсутствие (-) биохимической активности между различными подсемействами ДНК-3-метиладенингликозилазы и различными типами поврежденных оснований ДНК
тегAlkAМАГmag1ADPGAagAGGМАГ
3-MeA++++++++
3-мегабайт++++++
7-мегабайт-+++++++
O2-MeG-+
O2-MeC-+
7-CEG++
7-HEG++
7-EthoxyG+
eA-++++++
например+
8-oxoG++
Hx-++++++
А++
г-++++
Т+
C+

Восстанавливающая активность алкилирования

В камерах[10] AAG - это фермент отвечает за распознавание и начало восстановления, катализируя гидролиз N-гликозидная связь для высвобождения пуриновых оснований, поврежденных алкилированием.[11] В частности, hAAG способен эффективно идентифицировать и вырезать 3-метиладенин, 7-метиладенин, 7-метилгуанин, 1N-этеноаденин и гипоксантин.[12]

ODG деятельность

Активность оксанин-ДНК-гликолазы (ODG) - это способность некоторых ДНК-гликозилаз восстанавливать оксанины (Oxa), повреждение деаминированного основания, в котором N1-азот заменяется кислородом. Среди известных протестированных ДНК-гликозилаз человека человеческая алкиладенин-ДНК-гликозилаза (AAG) также проявляет активность ODG.[13]

В отличие от активности восстановления алкилирования, которая может действовать только против пуриновых оснований, hAAG может вырезать Oxa из всех четырех Oxa-содержащих двухцепочечных пар оснований: Cyt / Oxa, Thy / Oxa, Ade / Oxa и Gua. / Oxa, не проявляя особого предпочтения какой-либо из баз. Кроме того, hAAG способен удалять Oxa из одноцепочечной Oxa-содержащей ДНК. Это происходит потому, что для активности ODG hAAG не требуется комплементарная цепь.

Структура

Алкиладенин-ДНК-гликозилаза представляет собой мономерный белок в сочетании с 298 аминокислоты, с формульной массой 33 кДа. Его каноническая первичная структура состоит из следующей последовательности. Однако были обнаружены и другие функциональные изоформы.

Последовательность или изоформа 1 алкиладенин-ДНК-гликозилазы человека
Рендеринг PDB на основе 1F6O
Структура человеческой алкиладенин-ДНК-гликозилазы, полученная с помощью Pymol

Изоформа 2

Последовательность этой изоформы отличается от канонической следующим образом:

Аминокислоты 1-12: MVTPALQMKKPK → MPARSGA

Аминокислоты 195-196: QL → HV

Изоформа 3

Последовательность этой изоформы отличается от канонической так же, как и изоформа 2:

Аминокислоты 1-12: MVTPALQMKKPK → MPARSGA

Изоформа 4

В последовательности этой изоформы отсутствуют аминокислоты 1-17.

Он складывается в единый домен смешанной α / β-структуры с семью α спирали и восемь β нити. Ядро белка состоит из изогнутого антипараллельного β-листа с выступающей β-шпилькой (β3β4), которая вставляется в малую бороздку связанной ДНК. Ряд α-спиралей и соединительных петель образуют оставшуюся часть интерфейса связывания ДНК.[14] В нем отсутствует мотив спираль-шпилька-спираль, связанный с другими белками эксцизионной репарации оснований, и, по сути, он не похож ни на одну другую модель в Банк данных белков.[14]

Механизм

Распознавание субстрата

Алкиладенин-ДНК-гликозилаза является частью семейства ферменты которые следуют за BER, воздействуя на определенные подложки в соответствии с этапами BER.

Процесс распознавания поврежденных оснований включает начальное неспецифическое связывание с последующей диффузией по ДНК. При образовании комплекса AAG-ДНК происходит повторяющийся процесс поиска из-за длительного времени жизни этого комплекса, в то время как hAAG ищет множество соседних сайтов в молекуле ДНК за одно связывание. Это дает широкие возможности для распознавания и удаления повреждений, которые минимально нарушают структуру ДНК.[15]

Благодаря своей широкой специфичности, hAAG выполняет выбор субстрата с помощью комбинации фильтров селективности.[16]

  • Первый фильтр селективности находится на переключение нуклеотидов шаг непригодных пар оснований, которые представляют поражения.
  • Второй фильтр селективности состоит из каталитического механизма, который обеспечивает удаление только пуриновых оснований, даже несмотря на то, что более мелкие пиримидины могут поместиться в hAAG. активный сайт. Карман активного центра предназначен для размещения разнообразного по структуре набора модифицированных пуринов, поэтому было бы сложно стерически исключить более мелкие пиримидиновые основания от связывания. Однако из-за различной формы и химических свойств связанного пиримидина и пуринового субстрата катализируемый кислотой реагирует только с пиримидином, предотвращая его связывание с hAAG.[10]
  • Третий фильтр селективности состоит из неблагоприятных стерических коллизий, которые позволяют преимущественно распознавать пуриновые поражения, лишенные экзоциклических аминогрупп гуанин и аденин.
    Принципиальная схема контактов hAAG-ДНК

Переворачивание и фиксация нуклеотидов

Его структура содержит антипараллельный β-лист с выступающей β-шпилькой (β3β4), которая вставляется в малую бороздку связанной ДНК. Эта группа уникальна для клеток человека и замещает выбранный нуклеотид, нацеленный на удаление основания, путем его переворачивания. Нуклеотид закрепляется в кармане связывания фермента, где находится активный сайт, и фиксируется аминокислотами Arg182, Glu125 и Ser262. Также образуются другие связи с соседними нуклеотидами для стабилизации структуры.

Канавка в двойной спирали ДНК, оставленная перевернутым базовым нуклеотидом, заполнена боковой цепью аминокислоты Tyr162, не устанавливая специфических контактов с окружающими основаниями.

Расщепление N-гликозидной связи с помощью алкиладенин-ДНК-гликозилазы человека

Выпуск нуклеотидов

Активируемая соседними аминокислотами, молекула воды атакует N-гликозидную связь, высвобождая алкилированное основание через механизм обратного замещения.

Расположение

Алкиладенин-ДНК-гликозилаза человека локализуется в митохондрии, ядро и цитоплазма клеток человека.[17] Некоторые функционально эквивалентные ферменты, обнаруженные у других видов, имеют существенно отличающуюся структуру, например: ДНК-3-метиладенин гликозилаза в кишечной палочке.[14]

Клиническое значение

В соответствии с механизмом, используемым человеческой алкиладенин-ДНК-гликозилазой, дефект в путях репарации ДНК приводит к рак предрасположенность. HAAG следует этапам BER, а это означает, что неправильная роль генов BER может способствовать развитию рака. Конкретно, плохая активность hAAG может быть связана с риском рака у BRCA1 и BRCA2 носители мутации.[18]

Модельные организмы

Модельные организмы были использованы при изучении функции MPG. Условный нокаутирующая мышь линия называется Mpgtm1a (EUCOMM) Wtsi был создан на Wellcome Trust Sanger Institute.[19] Самцы и самки животных прошли стандартизованный фенотипический скрининг[20] для определения последствий удаления.[21][22][23][24] Проведены дополнительные проверки: - Углубленное иммунологическое фенотипирование[25]

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ а б c ГРЧ38: Ансамбль выпуск 89: ENSG00000103152 - Ансамбль, Май 2017
  2. ^ а б c GRCm38: выпуск Ensembl 89: ENSMUSG00000020287 - Ансамбль, Май 2017
  3. ^ "Справочник человека по PubMed:". Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США.
  4. ^ "Ссылка на Mouse PubMed:". Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США.
  5. ^ Чакраварти Д., Ибеану Г.С., Тано К., Митра С. (август 1991 г.). «Клонирование и экспрессия в Escherichia coli кДНК человека, кодирующей белок репарации ДНК N-метилпурин-ДНК-гликозилазу». Журнал биологической химии. 266 (24): 15710–5. PMID  1874728.
  6. ^ «Ген Энтреза: N-метилпурин-ДНК гликозилаза MPG».
  7. ^ Хедглин М., О'Брайен П.Дж. (2008). «Человеческая алкиладенин-ДНК-гликозилаза использует методический поиск повреждений ДНК». Биохимия. 47 (44): 11434–45. Дои:10.1021 / bi801046y. ЧВК  2702167. PMID  18839966.
  8. ^ Эбнер К. В., Лау А. Ю., Элленбергер Т., Блум Л. Б. (апрель 2001 г.). «Активность удаления оснований и связывания ДНК алкиладенин-ДНК-гликозилазы человека чувствительна к основанию в паре с поражением». Журнал биологической химии. 276 (16): 13379–87. Дои:10.1074 / jbc.M010641200. PMID  11278716.
  9. ^ Wyatt, M.D .; Allan, J.M .; Lau, A. Y .; Ellenberger, T. E .; Самсон, Л. Д. (1999-08-01). «3-метиладенин-ДНК-гликозилазы: структура, функция и биологическое значение». BioEssays. 21 (8): 668–676. Дои:10.1002 / (SICI) 1521-1878 (199908) 21: 8 <668 :: AID-BIES6> 3.0.CO; 2-D. ISSN  0265-9247. PMID  10440863.
  10. ^ а б О'Брайен П.Дж., Элленбергер Т. (октябрь 2003 г.). «Человеческая алкиладенин-ДНК-гликозилаза использует кислотно-основной катализ для избирательного удаления поврежденных пуринов». Биохимия. 42 (42): 12418–29. Дои:10.1021 / bi035177v. PMID  14567703.
  11. ^ Admiraal SJ, O'Brien PJ (октябрь 2010 г.). «Образование N-гликозильной связи, катализируемое человеческой алкиладенин-ДНК-гликозилазой». Биохимия. 49 (42): 9024–6. Дои:10.1021 / bi101380d. ЧВК  2975558. PMID  20873830.
  12. ^ Холлис Т., Лау А., Элленбергер Т. (август 2000 г.). «Структурные исследования алкиладенингликозилазы человека и 3-метиладенингликозилазы E. coli». Мутационные исследования. 460 (3–4): 201–10. Дои:10.1016 / S0921-8777 (00) 00027-6. PMID  10946229.
  13. ^ Хичкок Т.М., Донг Л., Коннор Э., Мейра Л. Б., Самсон Л. Д., Вятт М. Д., Цао В. (сентябрь 2004 г.). «Активность оксанин-ДНК-гликозилазы из алкиладенингликозилазы млекопитающих». Журнал биологической химии. 279 (37): 38177–83. Дои:10.1074 / jbc.M405882200. PMID  15247209.
  14. ^ а б c Лау А.Ю., Шерер О.Д., Самсон Л., Вердин Г.Л., Элленбергер Т. (октябрь 1998 г.). "Кристаллическая структура человеческого фермента репарации алкилбазы-ДНК в комплексе с ДНК: механизмы поворота нуклеотидов и вырезания оснований". Ячейка. 95 (2): 249–58. Дои:10.1016 / S0092-8674 (00) 81755-9. PMID  9790531. S2CID  14125483.
  15. ^ Чжан, Яру. «Специфичность и механизм поиска алкиладенин-ДНК-гликозилазы». HDL:2027.42/110472.
  16. ^ Хедглин М., О'Брайен П.Дж. (2008). «Алкиладенин-ДНК-гликозилаза человека использует процессный поиск повреждений ДНК». Биохимия. 47: 11434–11445. Дои:10.1021 / bi801046y. ЧВК  2702167. PMID  18839966.
  17. ^ ван Лун Б., Самсон Л. Д. (март 2013 г.). «Алкиладенин-ДНК-гликозилаза (AAG) локализуется в митохондриях и взаимодействует с митохондриальным одноцепочечным связывающим белком (mtSSB)» (PDF). Ремонт ДНК. 12 (3): 177–87. Дои:10.1016 / j.dnarep.2012.11.009. HDL:1721.1/99514. ЧВК  3998512. PMID  23290262.
  18. ^ Osorio A, Milne RL, Kuchenbaecker K, Vaclová T., Pita G, Alonso R, et al. (Апрель 2014 г.). «ДНК-гликозилазы, участвующие в эксцизионной репарации оснований, могут быть связаны с риском рака у носителей мутаций BRCA1 и BRCA2». PLOS Genetics. 10 (4): e1004256. Дои:10.1371 / journal.pgen.1004256. ЧВК  3974638. PMID  24698998.
  19. ^ Гердин А.К. (2010). «Программа генетики Sanger Mouse: характеристика мышей с высокой пропускной способностью». Acta Ophthalmologica. 88: 925–7. Дои:10.1111 / j.1755-3768.2010.4142.x. S2CID  85911512.
  20. ^ а б «Международный консорциум по фенотипированию мышей».
  21. ^ Скарнес В.К., Розен Б., Вест А.П., Кутсуракис М., Бушелл В., Айер В., Мухика А.О., Томас М., Харроу Дж., Кокс Т., Джексон Д., Северин Дж., Биггс П., Фу Дж., Нефедов М., де Йонг П.Дж., Стюарт AF, Брэдли А. (июнь 2011 г.). «Ресурс условного нокаута для полногеномного исследования функции генов мыши». Природа. 474 (7351): 337–42. Дои:10.1038 / природа10163. ЧВК  3572410. PMID  21677750.
  22. ^ Долгин Э (июнь 2011 г.). "Библиотека мыши настроена на нокаут". Природа. 474 (7351): 262–3. Дои:10.1038 / 474262a. PMID  21677718.
  23. ^ Коллинз Ф.С., Россант Дж., Вурст В. (январь 2007 г.). «Мышь по всем причинам». Ячейка. 128 (1): 9–13. Дои:10.1016 / j.cell.2006.12.018. PMID  17218247. S2CID  18872015.
  24. ^ White JK, Gerdin AK, Karp NA, Ryder E, Buljan M, Bussell JN, et al. (Июль 2013 г.). «Полногеномное поколение и систематическое фенотипирование мышей с нокаутом открывает новые роли для многих генов». Ячейка. 154 (2): 452–64. Дои:10.1016 / j.cell.2013.06.022. ЧВК  3717207. PMID  23870131.
  25. ^ а б «Консорциум иммунофенотипирования инфекций и иммунитета (3i)».

дальнейшее чтение

внешние ссылки