Зажим ДНК - DNA clamp

Вид сверху и сбоку гомотример человека PCNA скользящий зажим (цвет радуги, N-конец = синий, C-конец = красный) с двухнитевым ДНК моделируется через центральную пору (маджента).^[1]

Крио-ЭМ структура ДНК-связанного процессивного комплекса PolD – PCNA

Структурная основа связывания ДНК комплексом PolD – PCNA

А Зажим ДНК, также известный как скользящий зажим или β-зажим, является белковый комплекс что служит процессивность фактор продвижения Репликация ДНК. В качестве важнейшего компонента Холофермент ДНК-полимераза III, фиксирующий белок связывает ДНК-полимераза и предотвращает это фермент от отделения от шаблона ДНК прядь. Зажим-полимераза белок-белковые взаимодействия являются более сильными и специфичными, чем прямые взаимодействия между полимеразой и цепью матричной ДНК; потому что один из шаги, ограничивающие скорость в реакции синтеза ДНК происходит ассоциация полимеразы с матрицей ДНК, наличие скользящего зажима резко увеличивает количество нуклеотиды что полимераза может добавить к растущей нити за одно событие ассоциации. Наличие зажима ДНК может увеличить скорость синтеза ДНК до 1000 раз по сравнению с непроцессивной полимеразой.^[2]

Структура

Зажимная складка ДНК представляет собой α + β белок, который собирается в мультимерную структуру, которая полностью окружает двойную спираль ДНК, когда полимераза добавляет нуклеотиды к растущей прядке.^[3] Зажим ДНК собирается на ДНК в вилка репликации и «скользит» по ДНК вместе с продвигающейся полимеразой, чему способствует слой воды молекулы в центральной поре зажима между ДНК и поверхностью белка. Из-за тороидальный форма собранного мультимера, зажим не может отделиться от цепи шаблона, не диссоциируя на мономеры.

Зажимная складка ДНК находится в бактерии, археи, эукариоты и немного вирусы. У бактерий скользящий зажим представляет собой гомодимер состоит из двух идентичных бета-субъединиц ДНК-полимераза III и поэтому называется бета-зажимом. В архее^[4] и эукариот, это тример, состоящий из трех молекул PCNA. В Бактериофаг Т4 также используется скользящий зажим, называемый gp45, который представляет собой тример, сходный по структуре с PCNA, но не имеющий гомологии последовательности ни с PCNA, ни с бактериальным бета-зажимом.^[3]

Королевство	Протеин скользящего зажима	Мультимерное состояние	Ассоциированная полимераза
Бактерии	бета-субъединица pol III	димер	ДНК-полимераза III
Археи	архей PCNA	тример	pol ε
Эукариот	PCNA	тример	ДНК-полимераза дельта
Вирус	gp43 / gp45	тример	RB69 Pol / T4 Pol

Бактериальный

Субъединица бета ДНК-полимеразы III
Кристаллографическая структура из димерный Бета-субъединица ДНК-полимеразы из Кишечная палочка.[5]
Идентификаторы
Организм	кишечная палочка
Символ	ДНК
Entrez	948218
PDB	1ММИ
RefSeq (Prot)	NP_418156
UniProt	P0A988
Прочие данные
Номер ЕС	2.7.7.7
Хромосома	MG1655: 3.88 - 3.88 Мб
Ищи Структуры Швейцарская модель Домены ИнтерПро

В бета-зажим является специфическим зажимом ДНК и субъединицей ДНК-полимераза III холоэнзим содержится в бактериях. Две бета-субъединицы собираются вокруг ДНК посредством гамма-субъединицы и гидролиза АТФ; эта сборка называется предпусковой комплекс. После сборки вокруг ДНК сродство бета-субъединиц к субъединице гамма заменяется сродством к альфа- и эпсилон-субъединицам, которые вместе создают полный холофермент.^[6][7][8] ДНК-полимераза III - это первичный ферментный комплекс, участвующий в прокариотический Репликация ДНК.

Гамма-комплекс ДНК-полимеразы III, состоящий из субъединиц γδδ'χψ, катализирует АТФ шаперон двух бета-субъединиц для связывания с ДНК. После связывания с ДНК бета-субъединицы могут свободно скользить по двухцепочечной ДНК. Бета-субъединицы, в свою очередь, связывают комплекс полимеразы αε. Субъединица α обладает ДНК-полимераза активности, а субъединица ε представляет собой 3’-5 ’ экзонуклеаза.^[8]

Бета-цепь бактериальной ДНК-полимеразы III состоит из трех топологически эквивалентных домены (N-концевой, центральный и C-терминал ). Две молекулы бета-цепи тесно связаны, образуя замкнутое кольцо, окружающее дуплексную ДНК.

ДНК-полимераза III, бета-цепь Идентификаторы Символ DNA_polIII_beta Pfam PF00712 ИнтерПро IPR001001 УМНАЯ SM00480 SCOP2 2пол / Объем / СУПФАМ Доступные белковые структуры: Pfam   структуры / ECOD   PDB RCSB PDB; PDBe; PDBj PDBsum резюме структуры PDB 1jqj​, 1jql​, 1 мм​, 1ок7​, 1unn​, 1впк​, 2пол​, 3bep​, 3d1e​, 3d1f​, 3d1g​

ДНК-полимераза III, бета-цепь, N-концевой Идентификаторы Символ DNA_pol3_beta Pfam PF00712 ИнтерПро IPR022634 Доступные белковые структуры: Pfam   структуры / ECOD   PDB RCSB PDB; PDBe; PDBj PDBsum резюме структуры

ДНК-полимераза III, бета-цепь, центральный Идентификаторы Символ ДНК_пол3_бета_2 Pfam PF02767 ИнтерПро IPR022637 Доступные белковые структуры: Pfam   структуры / ECOD   PDB RCSB PDB; PDBe; PDBj PDBsum резюме структуры

ДНК-полимераза III, бета-цепь, C-терминал Идентификаторы Символ DNA_pol3_beta_3 Pfam PF02768 ИнтерПро IPR022635 Доступные белковые структуры: Pfam   структуры / ECOD   PDB RCSB PDB; PDBe; PDBj PDBsum резюме структуры

Как мишень для наркотиков

Определенный НПВП (карпрофен, бромфенак и ведапрофен) демонстрируют некоторое подавление репликации бактериальной ДНК за счет ингибирования зажима бактериальной ДНК.^[9]

Эукариот

ядерный антиген пролиферирующих клеток
Собранный зажим ДНК человека, a тример человеческого белка PCNA.[10]
Идентификаторы
Символ	PCNA
Ген NCBI	5111
HGNC	8729
OMIM	176740
PDB	1axc
RefSeq	NM_002592
UniProt	P12004
Прочие данные
Номер ЕС	2.7.7.7
Locus	Chr. 20 pter-p12
Ищи Структуры Швейцарская модель Домены ИнтерПро

Скользящий зажим у эукариот собирается из определенной субъединицы ДНК-полимераза дельта называется ядерным антигеном пролиферирующих клеток (PCNA ). В N-концевой и C-терминал домены PCNA топологически идентичны. Три молекулы PCNA тесно связаны, образуя замкнутое кольцо, охватывающее дуплекс ДНК.

Последовательность PCNA хорошо сохраняется у растений, животных и грибов, что указывает на сильное избирательное давление для сохранения структуры и предполагает, что этот тип механизма репликации ДНК сохраняется у эукариот.^[11][12] Гомологи PCNA также были идентифицированы в археи (Euryarchaeota и Crenarchaeota ) и в Paramecium bursaria Chlorella virus 1 (PBCV-1) и в вирусы ядерного полиэдроза.

Ядерный антиген пролиферирующих клеток, N-концевой домен Идентификаторы Символ PCNA_N Pfam PF00705 ИнтерПро IPR000730 PROSITE PDOC00265 SCOP2 1plq / Объем / СУПФАМ Доступные белковые структуры: Pfam   структуры / ECOD   PDB RCSB PDB; PDBe; PDBj PDBsum резюме структуры PDB 1axcC: 1–125 1ge8A: 3–92 1искA: 3–92 1iz4A: 3–92 1из5A: 3–92 1plq​ :1–125 1плр​ :1–125 1rwzА: 1–114 1rxmА: 1–114 1rxzА: 1–114 1u76C: 1–125 1u7bA: 1–125 1ud9С: 11–100 1ul1А: 1–125 1выйG: 1–125 1вымC: 1–125 1w60А: 1–125

Ядерный антиген пролиферирующих клеток, С-концевой домен Идентификаторы Символ PCNA_C Pfam PF02747 ИнтерПро IPR000730 PROSITE PDOC00265 SCOP2 1plq / Объем / СУПФАМ Доступные белковые структуры: Pfam   структуры / ECOD   PDB RCSB PDB; PDBe; PDBj PDBsum резюме структуры PDB 1axcС: 127–254 1ge8А: 203–246 1искА: 203–246 1iz4А: 203–246 1из5А: 203–246 1plq​ :127–254 1плр​ :127–254 1rwzА: 121–241 1rxmА: 121–241 1rxzА: 121–241 1u76С: 127–254 1u7bA: 127–254 1ud9С: 200–243 1ul1A: 127–254 1выйG: 127–254 1вымС: 127–254 1w60А: 127–254

Популярный

Дополнительный белок ДНК-полимеразы 45
Кристаллографическая структура из тример скользящий зажим gp45 от бактериофаг Т4.[13]
Идентификаторы
Организм	Энтеробактерии фаг Т4
Символ	gp45
Entrez	1258821
PDB	1CZD
RefSeq (Prot)	NP_049666
UniProt	P04525
Прочие данные
Номер ЕС	2.7.7.7
Хромосома	1: 0,03 - 0,03 Мб
Ищи Структуры Швейцарская модель Домены ИнтерПро

Белок субъединицы скользящего зажима вируса gp45 содержит два домена. Каждый домен состоит из двух альфа-спиралей и двух бета-листов - складка дублирована и имеет внутреннюю псевдодвойную симметрию.^[14] Три молекулы gp45 тесно связаны с образованием замкнутого кольца дуплексной ДНК.

Скользящий зажим gp45, клемма N Идентификаторы Символ DNA_pol_proc_fac Pfam PF02916 ИнтерПро IPR004190 Доступные белковые структуры: Pfam   структуры / ECOD   PDB RCSB PDB; PDBe; PDBj PDBsum резюме структуры PDB 1b77​ 1b8h​ 1czd​

Скользящий зажим gp45, клемма C Идентификаторы Символ Gp45_slide_clamp_C Pfam PF09116 ИнтерПро IPR015200 Доступные белковые структуры: Pfam   структуры / ECOD   PDB RCSB PDB; PDBe; PDBj PDBsum резюме структуры PDB 1b77​ 1b8h​ 1czd​

сборка

Скользящие зажимы загружаются на связанные с ними цепи матрицы ДНК с помощью специализированных белков, известных как "погрузчики с подвижным зажимом ", которые также разбирают зажимы после завершения репликации. Сайты связывания этих белков-инициаторов перекрываются с сайтами связывания ДНК-полимеразы, поэтому зажим не может одновременно связываться с загрузчиком зажима и с полимеразой. Таким образом, зажим не будет активно разбирается, в то время как полимераза остается связанной. Зажимы ДНК также связаны с другими факторами, участвующими в гомеостазе ДНК и генома, такими как нуклеосома коэффициенты сборки, Фрагмент Окадзаки лигазы и Ремонт ДНК белки. Все эти белки также имеют общий сайт связывания на зажиме ДНК, который перекрывается с сайтом загрузчика зажима, гарантируя, что зажим не будет удален, пока какой-либо фермент все еще работает с ДНК. Работа погрузчика зажима требует Гидролиз АТФ чтобы «закрыть» зажим вокруг ДНК.

Рекомендации

1. PDB: 1W60​; Контопидис Г., Ву С.Ю., Желева Д.И., Тейлор П., Макиннес С., Лейн Д.П., Фишер П.М., Уолкиншоу М.Д. (февраль 2005 г.). «Структурные и биохимические исследования ядерных антигенных комплексов пролиферирующих клеток человека дают обоснование для ассоциации циклина и дизайна ингибитора». Proc. Natl. Акад. Sci. СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ АМЕРИКИ. 102 (6): 1871–6. Дои:10.1073 / pnas.0406540102. ЧВК  548533. PMID  15681588.
2. Мизрахи В., Генри Р.Н., Марлиер Дж. Ф., Джонсон К. А., Бенкович С. Дж. (Июль 1985 г.). «Ограничивающие скорость стадии в пути реакции ДНК-полимеразы I». Биохимия. 24 (15): 4010–8. Дои:10.1021 / bi00336a031. PMID  3902078.
3. Брук I, О'Доннелл М (2001). «Семейство кольцевых полимеразных скользящих зажимов». Геном Биол. 2 (1): ОБЗОРЫ 3001. Дои:10.1186 / gb-2001-2-1-reviews3001. ЧВК  150441. PMID  11178284.
4. Мацумиа С., Ишино Ю., Морикава К. (январь 2001 г.). «Кристаллическая структура скользящего зажима ДНК архей: ядерный антиген пролиферирующих клеток из Pyrococcus furiosus». Белковая наука. 10 (1): 17–23. Дои:10.1110 / л.с. 36401. ЧВК  2249843. PMID  11266590.
5. PDB: 1ММИ​; Окли AJ, Проселков P, Wijffels G, Beck JL, Wilce MC, Dixon NE (июль 2003 г.). "Гибкость, выявленная кристаллической структурой 1,85 Å бета-субъединицы скользящего зажима кишечная палочка ДНК-полимераза III " (PDF). Acta Crystallogr. D. 59 (Pt 7): 1192–9. Дои:10.1107 / S0907444903009958. PMID  12832762.
6. Левин Б. (1997). Гены VI. Оксфорд [Оксфордшир]: Издательство Оксфордского университета. С. 484–7. ISBN  978-0-19-857779-9.
7. Ленингер А.Л. (1975). Биохимия: молекулярные основы структуры и функции клетки. Нью-Йорк: Worth Publishers. стр.894. ISBN  978-0-87901-047-8.
8. Stukenberg PT, Studwell-Vaughan PS, O'Donnell M (июнь 1991 г.). «Механизм скользящего бета-зажима холофермента ДНК-полимеразы III». J. Biol. Chem. 266 (17): 11328–34. PMID  2040637.
9. Инь З., Ван И, Уиттел Л. Р., Джергик С., Лю М., Гарри Э., Диксон Н. Э., Келсо М. Дж., Бек Д. Л., Окли А. Дж. (2014). «Репликация ДНК является целью антибактериального действия нестероидных противовоспалительных препаратов». Химия и биология. 21 (4): 481–487. Дои:10.1016 / j.chembiol.2014.02.009. PMID  24631121.
10. PDB: 1AXC​; Гулбис Дж. М., Кельман З., Гурвиц Дж., О'Доннелл М., Куриян Дж. (Октябрь 1996 г.). «Структура C-концевой области p21 (WAF1 / CIP1) в комплексе с человеческим PCNA». Клетка. 87 (2): 297–306. Дои:10.1016 / S0092-8674 (00) 81347-1. PMID  8861913. S2CID  17461501.
11. Сузука И., Хата С., Мацуока М., Косуги С., Хашимото Дж. (Январь 1991 г.). «Высококонсервативная структура гена ядерного антигена пролиферирующих клеток (вспомогательный белок дельта ДНК-полимеразы) в растениях». Европейский журнал биохимии. 195 (2): 571–5. Дои:10.1111 / j.1432-1033.1991.tb15739.x. PMID  1671766.
12. Marshall AC, Kroker AJ, Murray LA, Gronthos K, Rajapaksha H, Wegener KL, Bruning JB (март 2017 г.). «Структура скользящего зажима от грибкового патогена Aspergillus fumigatus (AfumPCNA) и взаимодействие с человеческим p21». Журнал FEBS. 284 (6): 985–1002. Дои:10.1111 / фев.14035. PMID  28165677.
13. PDB: 1CZD​; Моарефи I, Джерузалми Д., Тернер Дж., О'Доннелл М., Куриян Дж. (Март 2000 г.). «Кристаллическая структура фактора процессивности ДНК-полимеразы бактериофага Т4». J. Mol. Биол. 296 (5): 1215–23. Дои:10.1006 / jmbi.1999.3511. PMID  10698628.
14. Steitz TA, Shamoo Y (1999). «Построение реплисомы из взаимодействующих частей: скользящий зажим в комплексе с пептидом из ДНК-полимеразы и комплексом редактирования полимеразы». Клетка. 99 (2): 155–166. Дои:10.1016 / S0092-8674 (00) 81647-5. PMID  10535734. S2CID  18103622.

дальнейшее чтение

• Борьба с патогенными бактериями - как выключить ключевой комплекс ДНК-полимеразы. Колкости на PDBe^{[мертвая ссылка ]}

• Уотсон Дж. Д., Бейкер Т. А., Белл С. П., Ганн А., Левин М., Лосик Р. (2004). Молекулярная биология гена. Сан-Франциско: Пирсон / Бенджамин Каммингс. ISBN  978-0-8053-4635-0.

внешняя ссылка

• Складчатый зажим для ДНК SCOP
• Архитектура бокса CATH
• зажим + белок + DnaN, + E + coli в Национальной медицинской библиотеке США Рубрики медицинской тематики (MeSH)