AP Эндонуклеаза

Ленточная диаграмма APE1. PDB = 1de9. ^{[ 1 ]}

Апериновая/апиримидиновая ( AP ) эндонуклеаза представляет собой фермент , который участвует в ДНК пути восстановления иссечения (BER). Его основная роль в восстановлении поврежденных или несоответствующих нуклеотидов в ДНК состоит в том, чтобы создать ник в фосфодиэфирном основе сайта AP, созданного, когда ДНК -гликозилаза удаляет поврежденное основание.

Существует четыре типа эндонуклеасов AP , которые были классифицированы в соответствии с их механизмом и местом разреза. Эндонуклеазы AP класса I ( EC 4.2.99.18 ) расщепляют 3 'к сайтам AP с помощью β-линейного механизма, оставляя ненасыщенный альдегид, называемый 3'-(4-гидрокси-5-фосфо-2-пенденл) остаток и 5'-фосфат. Эндонуклеазы AP класса II привязывает ДНК 5'-сайты AP с помощью гидролитического механизма, оставляя 3'-гидроксил и 5'-дезоксирибозный фосфатный остаток. ^{[ 2 ]} Эндонуклеазы AP класса III и класса IV также расщепляют ДНК в фосфатных группах 3 'и 5' на необоснованный сайт, но они генерируют 3'-фосфат и 5'-OH. ^{[ 3 ]}

У людей есть две эндонуклеазы AP, APE1 и APE2 . APE1 проявляет надежную активность AP-эндонуклеазы, которая учитывает> 95% от общей клеточной активности, а APE1 считается основной эндонуклеазой AP в клетках человека. ^{[ 4 ]} Эндонуклеаза AP человека (APE1), как и большинство эндонуклеасов AP, имеет класс II и требует MG ²⁺ На своем активном участке , чтобы выполнить свою роль в ремонте базового удаления. Гомолог дрожжей этого фермента - APN1. ^{[ 5 ]}

Человеческая эндонуклеаза 2 (APE2), как и большинство эндонуклеасов AP, также имеет класс II. Экзонуклеазная активность APE2 сильно зависит от ионов металлов. Однако APE2 был более чем в 5 раз более активен в присутствии марганца, чем ионов магния. ^{[ 4 ]} Консервативные домены, участвующие в каталитической активности, расположены в N-концевой части APE1 и APE2. Кроме того, белок APE2 имеет С-концевое расширение, которое не присутствует в APE1, но также может быть обнаружен в гомологах человеческого APE2, таких как белки APN2 S. cerevisiae и S. pombe . ^{[ 4 ]}

Структура APE1

Положительные остатки на поверхности белка APE1 (синего) якоря и сгибают ДНК, хотя взаимодействия с отрицательными фосфатными группами ДНК. PDB 1DE9. ^{[ 1 ]}

Водородная связь среди ключевых аминокислотных остатков помогает стабилизировать структуру активного участка. Кроме того, отрицательно заряженный остаток (GLU 96) помогает удерживать MG2+ также необходимый для стабилизации сайта AP на месте PDB 1DE9. ^{[ 1 ]}

APE1 содержит несколько аминокислотных остатков, которые позволяют ей избирательно реагировать с сайтами AP. остатки APE1 ( ARG 73, ALA 74 и LYS -фосфатами на цепе 78 ) Три тремя последовательными ДНК контактируют с Благодаря взаимодействию между положительными остатками, обнаруженными в четырех петлях, и одной α-спиралью , и отрицательными фосфатными группами, обнаруженными в фосфодиэфирной основе ДНК.

APE1 Этот крайний скинг заставляет необоснованную часть ДНК в активное место . Этот активный сайт граничит с PHE 266, TRP 280 и LEU 282, которые плотно упаковывают гидрофобную сторону участка AP, дискриминируя участки, которые имеют основания. Затем сайт AP дополнительно стабилизируется посредством водородной связи фосфатной группы 5' -сайт с AP с ASN 174, ASN212, его 309 и MG ²⁺ Ион, в то время как его партнер по базовой базе сироты стабилизируется посредством водородной связи с MET 270. Фосфатная группа 3 'сайта AP стабилизируется посредством водородной связи с ARG 177. Между тем, ASP 210 в активном участке, который становится более реактивным из -за Увеличение его PK _A (или отрицательного журнала константы диссоциации кислоты ), вызванного его стабилизацией, посредством его водородной связи между ASN68 и ASN212, активирует нуклеофил , который атакует и расщепляет фосфодиэфирную основу и, вероятно, приводит к наблюдаемой максимальной активности APE1 на pH 7,5. ^{[ 1 ]}

Механизм

Фермент Ape1 создает ник в фосфодиэфирном магистрали на абазском (необоснованном) сайте с помощью простого механизма замены ацила. Во -первых, остаток ASP210 в активном участке депротонирует молекулу воды, которая затем может выполнить нуклеофильную атаку на фосфатную группу, расположенную 5´ до сайта AP. Затем электроны из одного из атома кислорода в фосфатной группе движутся вниз, запуская один из другого кислорода, чтобы создать свободную 5'-фосфатную группу на сайте AP и свободную 3'-о-о на нормальном нуклеотиде, оба из которых стабилизируются MG ²⁺ ион ^{[ 1 ]}

Ингибирование APE1

Известные ингибиторы APE1 включают 7-нитроиндольную 2-карбоновую кислоту (NCA) и Lucanthone . ^{[ 6 ]} Обе эти структуры обладают кольцами, прикрепленными к коротким цепям, которые кажутся похожими на кольцо дезоксирибозного сахара без прикрепленного основания и фосфодиэфирной связи в ДНК. Кроме того, оба содержат много акцепторов H-связки, которые могут взаимодействовать с донорами H-связки в активном сайте APE1, заставляя этих ингибиторов прилипать в активном сайте и предотвращать катализирование фермента других реакций.

APE1 как химиопрофилактическая цель

Поскольку APE1 выполняет важную функцию в пути восстановления основания ДНК, он стал мишенью для исследователей, которые ищут средства для предотвращения выживания раковых клеток от химиотерапии. Сам по себе нужен не только APE1, чтобы создать NICK в основной цепи ДНК, так что ферменты, участвующие позже в пути BER, могли распознавать AP-сайт, он также имеет окислительно-восстановительную функцию, которая помогает активировать другие ферменты, участвующие в репарации ДНК. Таким образом, сбивание APE1 может привести к чувствительности к опухолевым клеткам, что предотвращает упорство раковых клеток после химиотерапии. ^{[ 7 ]}

APE2 ферментная активность

APE2 обладает гораздо более слабой эндонуклеазной активностью AP, чем APE1, но его 3'-5 'экзонуклеазная активность сильна по сравнению с APE1 ^{[ 8 ]} И он обладает довольно сильной 3'-фосфодиэстеразной активностью. ^{[ 4 ]}

Экзонуклеазная активность APE2 3 '–5' обладает способностью гидролизовать тупую дуплексную ДНК, частичные дуплексы ДНК с утопленным 3 ' -термином или одним нуклеотидным зазором, содержащим гетеродуплексную ДНК. Активность APE2 3'-фосфодиэстеразы может удалять модифицированные 3'-концевые, такие как 3'-фосфогликолят, а также несоответствующие нуклеотиды из 3 'конца праймера ДНК. ^{[ 4 ]}

APE2 необходим для ответа на повреждение ДНК ATR-CK1 после окислительного стресса.

Ссылки

Молекулярные графические изображения были получены с использованием пакета химеры UCSF из ресурса для биокомпьютирования, визуализации и информатики в Калифорнийском университете, Сан-Франциско (поддерживается NIH P41 RR-01081). ^{[ 9 ]}

^ Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} ^и Клиффорд Д. Мол; Тахиде Изуми; Санкар Митра; Джон А. Тайнер (2000). «Связанные с ДНК структуры и мутанты выявляют абазическое связывание ДНК с помощью репарации и координации ДНК APE1». Природа . 403 (6768): 451–456. doi : 10.1038/35000249 . PMID 10667800 . S2CID 4373743 .
^ Левин, Джошуа Д; Демпл, Брюс (1990). «Анализ класса II (гидролитического) и класса I (бета-линиза) апариновых/апиримидиновых эндонуклеаз с синтетическим ДНК-субстратом» . Исследование нуклеиновых кислот . 18 (17): 5069–75. doi : 10.1093/nar/18.17.5069 . PMC 332125 . PMID 1698278 .
^ Гэри М. Майлз; Азиз Санкар (1989). «Репарация ДНК». Химические исследования в области токсикологии . 2 (4): 197–226. doi : 10.1021/tx00010a001 . PMID 2519777 .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} ^и Burkovics P, Szukacsov V, Unk I, Haracska L (2006). «Белок APE2 человека обладает экзонуклеазной активностью 3'-5 ', которая действует преимущественно на несоответствующие пары оснований» . Нуклеиновые кислоты Res . 34 (9): 2508–15. doi : 10.1093/nar/gkl259 . PMC 1459411 . PMID 16687656 .
^ Джордж У. Тибор; Дина Р. Марансеин; Дэвид М. Уилсон III (2004). «Эндонуклеаза AP человека (APE1) демонстрирует эндонуклеолитическую активность в отношении сайтов AP в одноцепочечной ДНК». Репарация ДНК . 3 (5): 527–533. doi : 10.1016/j.dnarep.2004.01.010 . PMID 15084314 .
^ Марк Р. Келли; Мелисса Л. Фишэл (2007). «Основание ДНК иссечение белка APE1/Ref-1 в качестве терапевтической и химиопрофилактической мишени». Молекулярные аспекты медицины . 28 (3–4): 375–395. doi : 10.1016/j.mam.2007.04.005 . PMID 17560642 .
^ Марк Р. Келли; Meihua luo; Сара Делафлан; Aihua Jiang; Эйприл Рид; Инг он; Мелисса Фишэл; Родни Л. Ниланд II; Ричард Ф. Брох; Xizoxi Qiao; Милли М. Джорджиадис (2008). «Роль многофункционального репарации ДНК и окислительно-восстановительного сигнального белка APE1/Ref-1 в раке и эндотелиальных клетках: малово-молекулярное ингибирование окислительно-восстановительной функции APE1» . Антиоксиданты и окислительно -восстановительная передача сигналов . 10 (11): 1–12. doi : 10.1089/ars.2008.2120 . PMC 2587278 . PMID 18627350 .
^ Ставнезер Дж., Линехан Е.К., Томпсон М.Р., Хаббуб Г., Ухер А.Дж., Кадунгур Т., Цучимото Д., Накабеппу Ю., Шрейдер С.Е. (2014). «Дифференциальная экспрессия APE1 и APE2 в зародышевых центрах способствует подверженному ошибкам восстановления и мутации A: T во время соматической гипермутации» . Прокурор Нат. Академический Наука США . 111 (25): 9217–22. doi : 10.1073/pnas.1405590111 . PMC 4078814 . PMID 24927551 .
^ Ef Pettersen; TD Годдард; CC Huang; GS Couch; DM Greenblat; ЕС Мэн; Те Феррин (2004). «UCSF Химера - система визуализации для исследовательских исследований и анализа» (PDF) . J. Comput. Химический 25 (13): 1605–1612. doi : 10.1002/jcc.20084 . PMID 15264254 . S2CID 8747218 .

Внешние ссылки

[Moi-1] Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} ^и Клиффорд Д. Мол; Тахиде Изуми; Санкар Митра; Джон А. Тайнер (2000). «Связанные с ДНК структуры и мутанты выявляют абазическое связывание ДНК с помощью репарации и координации ДНК APE1». Природа . 403 (6768): 451–456. doi : 10.1038/35000249 . PMID 10667800 . S2CID 4373743 .

[2] Левин, Джошуа Д; Демпл, Брюс (1990). «Анализ класса II (гидролитического) и класса I (бета-линиза) апариновых/апиримидиновых эндонуклеаз с синтетическим ДНК-субстратом» . Исследование нуклеиновых кислот . 18 (17): 5069–75. doi : 10.1093/nar/18.17.5069 . PMC 332125 . PMID 1698278 .

[Myles-3] Гэри М. Майлз; Азиз Санкар (1989). «Репарация ДНК». Химические исследования в области токсикологии . 2 (4): 197–226. doi : 10.1021/tx00010a001 . PMID 2519777 .

[Burkovics-4] Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} ^и Burkovics P, Szukacsov V, Unk I, Haracska L (2006). «Белок APE2 человека обладает экзонуклеазной активностью 3'-5 ', которая действует преимущественно на несоответствующие пары оснований» . Нуклеиновые кислоты Res . 34 (9): 2508–15. doi : 10.1093/nar/gkl259 . PMC 1459411 . PMID 16687656 .

[Teebor-5] Джордж У. Тибор; Дина Р. Марансеин; Дэвид М. Уилсон III (2004). «Эндонуклеаза AP человека (APE1) демонстрирует эндонуклеолитическую активность в отношении сайтов AP в одноцепочечной ДНК». Репарация ДНК . 3 (5): 527–533. doi : 10.1016/j.dnarep.2004.01.010 . PMID 15084314 .

[Kelley2-6] Марк Р. Келли; Мелисса Л. Фишэл (2007). «Основание ДНК иссечение белка APE1/Ref-1 в качестве терапевтической и химиопрофилактической мишени». Молекулярные аспекты медицины . 28 (3–4): 375–395. doi : 10.1016/j.mam.2007.04.005 . PMID 17560642 .

[Kelley-7] Марк Р. Келли; Meihua luo; Сара Делафлан; Aihua Jiang; Эйприл Рид; Инг он; Мелисса Фишэл; Родни Л. Ниланд II; Ричард Ф. Брох; Xizoxi Qiao; Милли М. Джорджиадис (2008). «Роль многофункционального репарации ДНК и окислительно-восстановительного сигнального белка APE1/Ref-1 в раке и эндотелиальных клетках: малово-молекулярное ингибирование окислительно-восстановительной функции APE1» . Антиоксиданты и окислительно -восстановительная передача сигналов . 10 (11): 1–12. doi : 10.1089/ars.2008.2120 . PMC 2587278 . PMID 18627350 .

[pmid24927551-8] Ставнезер Дж., Линехан Е.К., Томпсон М.Р., Хаббуб Г., Ухер А.Дж., Кадунгур Т., Цучимото Д., Накабеппу Ю., Шрейдер С.Е. (2014). «Дифференциальная экспрессия APE1 и APE2 в зародышевых центрах способствует подверженному ошибкам восстановления и мутации A: T во время соматической гипермутации» . Прокурор Нат. Академический Наука США . 111 (25): 9217–22. doi : 10.1073/pnas.1405590111 . PMC 4078814 . PMID 24927551 .

[Pettersen-9] Ef Pettersen; TD Годдард; CC Huang; GS Couch; DM Greenblat; ЕС Мэн; Те Феррин (2004). «UCSF Химера - система визуализации для исследовательских исследований и анализа» (PDF) . J. Comput. Химический 25 (13): 1605–1612. doi : 10.1002/jcc.20084 . PMID 15264254 . S2CID 8747218 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]