Jump to content

резекция конца ДНК

Резекция конца ДНК , также называемая 5'-3'-деградацией , представляет собой биохимический процесс, при котором тупой конец участка двухцепочечной ДНК (дцДНК) модифицируется путем отрезания некоторых нуклеотидов от 5'-конца с образованием 3'-одинарного конца. -цепочечная последовательность. [ 1 ] [ 2 ] Наличие участка одноцепочечной ДНК (оцДНК) позволяет разорванному концу ДНК точно совпадать с соответствующей последовательностью, чтобы его можно было точно восстановить. [ 1 ]

Механизм регуляции 5'-резекции митотических и теломерных DSB. [ 3 ]

Двухцепочечные разрывы (DSB) могут возникать на любой фазе клеточного цикла, вызывая резекцию концов ДНК и репарацию, но они также являются нормальными промежуточными продуктами в митозной рекомбинации. [ 3 ] Более того, естественные концы линейных хромосом напоминают DSB, и хотя разрывы ДНК могут привести к повреждению целостности геномной ДНК, естественные концы упакованы в сложные специализированные защитные пакеты ДНК, называемые теломерами , которые предотвращают восстановление ДНК. [ 3 ] [ 4 ] Теломеры и митотические DSB имеют разные функциональные возможности, но оба подвергаются одному и тому же процессу деградации 5’–3’.

Двухцепочечный разрыв — это своего рода повреждение ДНК, при котором обе цепи двойной спирали разрываются. DSB возникают только во время репликации ДНК клеточного цикла . Более того, DSB могут привести к перестройкам и нестабильности генома. [ 3 ] Случаи, когда две комплементарные цепи соединяются в точке DSB, могут оказаться катастрофическими, например, клетка не сможет завершить митоз при следующем делении и либо умрет, либо, в редких случаях, подвергнется хромосомной потере, дупликации. и даже мутации . [ 5 ] [ 6 ] Существуют три механизма восстановления DSB: негомологическое соединение концов (NHEJ), микрогомологическое соединение концов (MMEJ) и гомологичная рекомбинация HR. [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] Из них только NHEJ не использует резекцию концов ДНК. [ 2 ]

Механизм

[ редактировать ]

Точная репарация DSB имеет важное значение для поддержания целостности генома. Из трех механизмов, существующих для восстановления DSB, доминирующими путями являются механизмы восстановления NHEJ и HR. [ 4 ] Несколько высококонсервативных белков запускают контрольную точку повреждения ДНК для обнаружения DSB, вызывающих репарацию по путям репарации NHEJ или HR. [ 3 ] Механизм NHEJ функционирует при лигировании двух разных DSB с высокой точностью, тогда как HR полагается на гомологичный шаблон для восстановления концов DSB. [ 3 ] [ 4 ]

Резекция концов ДНК в пути HR происходит только на двух конкретных фазах: S и G2 . [ 4 ] [ 3 ] Поскольку для активации пути HR требуются сестринские хроматиды , это событие происходит только в фазах G2 и S клеточного цикла во время репликации. [ 3 ] [ 4 ] DSB, у которых еще не началась резекция концов ДНК, могут быть лигированы по пути NHEJ, но резекция нескольких нуклеотидов ингибирует путь NHEJ и вызывает восстановление ДНК по пути HR. [ 10 ] Путь NHEJ участвует на протяжении всего клеточного цикла, но он имеет решающее значение для восстановления ДНК во время фазы G1 . [ 3 ] [ 10 ] В фазе G1 нет сестринских хроматид для восстановления DSB по пути HR, что делает путь NHEJ критическим механизмом восстановления. [ 3 ] [ 10 ]

Прежде чем приступить к резекции, необходимо обнаружить разрыв. У животных это обнаружение осуществляется с помощью PARP1 ; [ 11 ] аналогичные системы существуют и у других эукариот : у растений PARP2 . эту роль, по-видимому, играет [ 12 ] Затем связывание PARP привлекает комплекс MRN к месту разрыва. [ 13 ] Это высококонсервативный комплекс , состоящий из Mre11 , Rad50 и NBS1 (известный как нибрин) . [ 14 ] у млекопитающих или Xrs2 у дрожжей, где этот комплекс называется комплексом MRX ).

Прежде чем можно будет начать резекцию, белок, взаимодействующий с CtBP1 (CtIP), должен связаться с комплексом MRN, чтобы могла начаться первая фаза резекции, а именно резекция короткого конца. [ 7 ] [ 15 ] [ 16 ] После связывания фосфорилированного CtIP субъединица Mre11 способна эндонуклеолитически разрезать 5'-концевую цепь , вероятно, примерно на расстоянии около 300 пар оснований от конца. [ 15 ] [ 16 ] а затем действует как 3'→5'- экзонуклеаза , удаляя конец 5'-цепи. [ 16 ]

Резекция теломер DSB

[ редактировать ]

Линейные хромосомы упакованы в сложные специализированные защитные пакеты ДНК, называемые теломерами . [ 3 ] [ 4 ] Структура теломер высококонсервативна и организована в виде множества коротких тандемных повторов ДНК. [ 3 ] Теломеры и DSB имеют разные функции, например, теломеры предотвращают восстановление ДНК. [ 3 ] Во время репликации теломерной ДНК в фазах S/G2 и G1 клеточного цикла отстающая 3'-цепь оставляет короткий выступ, называемый G-хвостом. [ 4 ] [ 3 ] Теломерная ДНК заканчивается на 3'G-конце, поскольку отстающая 3'-цепь простирается без комплементарной ей 5'-C-ведущей цепи. G-хвост выполняет основную функцию теломерной ДНК, так что G-хвосты контролируют гомеостаз теломер. [ 4 ]

Теломеры в фазе G1

[ редактировать ]

В фазе G1 клеточного цикла ассоциированные с теломерами белки RIF1 , RIF2 и RAP2 связываются с теломерной ДНК и предотвращают доступ к комплексу MRX . [ 4 ] [ 3 ] Такой процесс, например, у S. cerevisiae негативно регулируется этой активностью. Комплекс MRX и комплекс Ku связываются одновременно и независимо с концами DSB. [ 3 ] [ 16 ] В присутствии белков, связанных с теломерами, MRX не может связываться с концами DSB, тогда как комплекс Ku связывается с концами DSB. [ 3 ] Связанный комплекс Ku с концами DSB защищает теломеры от нуклеолитической деградации с помощью exo1 . [ 3 ] Это приводит к ингибированию удлинения теломеразы на концах DSB и предотвращает дальнейшее действие теломер в фазе G1 клеточного цикла. [ 3 ] [ 4 ]

Теломеры в поздней фазе S/G2

[ редактировать ]

В поздней фазе S/G2 клеточного цикла ассоциированные с теломерами белки RIF1, RIF2 и RAP2 проявляют ингибирующий эффект, связываясь с теломерной ДНК. [ 3 ] В поздней фазе S/G2 протеинкиназа CDK1 (циклин-зависимая) способствует резекции теломер. [ 4 ] [ 3 ] Этот контроль осуществляется циклин-зависимыми киназами , которые фосфорилируют части резекционного аппарата. [ 15 ] Этот процесс смягчает ингибирующее действие белков, связанных с теломерами, и позволяет Cdc13 (связывающему белку как на отстающей, так и на ведущей цепи) покрывать теломерную ДНК. [ 15 ] Связывание cdc13 с ДНК подавляет контрольную точку повреждения ДНК и позволяет выполнить резекцию, одновременно допуская удлинение теломеразы на концах DSB. [ 3 ]

Резекция митотических DSB

[ редактировать ]

Одним из важных регуляторных механизмов контроля в митотических клетках является принятие решения о том, какой конкретный путь репарации DSB выбрать. Как только DSB обнаружен, высококонсервативные комплексы рекрутируются концами ДНК. [ 2 ] Если клетка находится в фазе G1 клеточного цикла, комплекс Ku предотвращает резекцию и запускает факторы пути NHEJ. [ 3 ] DSB в пути NHEJ лигируются, это этап пути NHEJ, который требует активности ДНК-лигазы Dnl4-Lif1/XRCC4 гетеродимера и белка Nej1/XLF. [ 3 ] Этот процесс приводит к подверженному ошибкам повторному лигированию концов DSB в фазе G1 клеточного цикла. [ 3 ]

Если клетки находятся в фазе S/G2, митотические DSB контролируются посредством активности Cdk1 и включают фосфорилирование Sae2 Ser267. [ 4 ] [ 3 ] После фосфорилирования с помощью Cdk1 комплекс MRX связывается с концами дцДНК и генерирует короткую оцДНК, которая тянется в 5'-направлении. [ 4 ] [ 3 ] 5'-оцДНК продолжает резекцию под действием фермента хеликазы , фермента Sgs1 и нуклеаз Exo1 и Dna2. [ 17 ] Участие Sae2 Sar267 в процессинге DSB высоко консервативно у эукариот, так что Sae2 вместе с комплексом MRX участвуют в двух основных функциях: однонитевом отжиге и процессинге шпилекальных структур ДНК. [ 4 ] Как и все оцДНК в ядре, резецированная область сначала покрывается комплексом репликационного белка А (RPA). [ 18 ] [ 15 ] но затем RPA заменяется на RAD51 с образованием нуклеопротеиновой нити, которая может принимать участие в поиске подходящей области, позволяя иметь место HR. [ 15 ] 3'-оцДНК, покрытая RPA, способствует привлечению Mec1. Mec1 дополнительно фосфорилирует Sae2 вместе с cdk1. Возникающее в результате фосфорилирование Sae2 с помощью Mec1 помогает усилить эффект резекции, а это, в свою очередь, приводит к активации контрольной точки повреждения ДНК. [ 4 ] [ 3 ]

Регуляторы

[ редактировать ]

Путь выбора репарации ДНК строго регулируется, чтобы гарантировать, что клетки в фазах S/G2 и G1 используют соответствующий механизм. Регуляторы путей NHEJ и HR опосредуют соответствующий путь реакции восстановления ДНК. [ 3 ] Более того, недавние исследования репарации ДНК показывают, что регуляция резекции концов ДНК регулируется активностью cdk1 в цикле репликации клеток. [ 3 ] [ 19 ]

Резекция концов ДНК является ключом к определению правильного пути NHEJ. Для реализации пути NHEJ положительные регуляторы, такие как комплекс Ku и MRX, опосредуют рекрутирование других NHEJ-ассоциированных белков, таких как Tel1, Lif1, Dnl4 и Nej1. [ 3 ] Поскольку NHEJ не требует резекции конца, NHEJ может возникнуть только в фазе G1 клеточного цикла. [ 3 ] [ 10 ] Как Ku, так и NHEJ-ассоциированные белки предотвращают начало резекции.

Резекция гарантирует, что DSB восстанавливаются не с помощью NHEJ (который соединяет разорванные концы ДНК вместе, не гарантируя их совпадение), а скорее с помощью методов, основанных на гомологии (совпадении последовательностей ДНК). Циклин-зависимая протеинкиназа, такая как cdk1, у дрожжей служит негативным регулятором пути NHEJ. [ 3 ] Любая активность, связанная с наличием циклинзависимых протеинкиназ, ингибирует путь NHEJ. [ 3 ]

Позитивные регуляторы

[ редактировать ]

Наличие оцДНК позволяет разорванному концу ДНК точно совпадать с соответствующей последовательностью, что позволяет его точно восстановить. [ 1 ] Для того чтобы путь HR возникал в фазах S и G2 клеточного цикла, необходимо наличие сестринской хроматиды. [ 3 ] [ 4 ] Резекция 5’–3’ автоматически связывает DSB с путем HR. [ 2 ] Циклин-зависимая протеинкиназа, такая как cdk1, служит положительным регулятором пути HR. [ 4 ] [ 3 ] Этот положительный регулятор способствует 5’–3’-нуклеолитической деградации концов ДНК. Наряду с cdk1 комплекс MRX, циклин B1 и DSB, индуцированные Spo11, служат положительными регуляторами пути HR. [ 17 ] [ 19 ]

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ Перейти обратно: а б с Химено С., Мехиас-Наварро Ф., Прадос-Карвахаль Р., Уэртас П. (2019). «Контроль баланса между путями восстановления разрывов хромосом». Достижения в области химии белков и структурной биологии . 115 . Эльзевир: 95–134. дои : 10.1016/bs.apcsb.2018.10.004 . ISBN  9780128155592 . ПМИД   30798939 . S2CID   73459973 .
  2. ^ Перейти обратно: а б с д Лю Т, Хуан Дж (июнь 2016 г.). «Резекция концов ДНК: факты и механизмы» . Геномика, протеомика и биоинформатика . 14 (3): 126–130. дои : 10.1016/j.gpb.2016.05.002 . ПМЦ   4936662 . ПМИД   27240470 .
  3. ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж к л м н тот п д р с т в v В х и С аа аб и объявление но из в ах есть также Лонгезе, член парламента, Бонетти Д., Манфрини Н., Клеричи М. (сентябрь 2010 г.). «Механизмы и регуляция резекции концов ДНК» . Журнал ЭМБО . 29 (17): 2864–2874. дои : 10.1038/emboj.2010.165 . ПМЦ   2944052 . ПМИД   20647996 .
  4. ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж к л м н тот п д Мимиту Э.П., Симингтон Л.С. (сентябрь 2009 г.). «Резекция концов ДНК: многие нуклеазы облегчают работу» . Восстановление ДНК . 8 (9): 983–995. дои : 10.1016/j.dnarep.2009.04.017 . ПМК   2760233 . ПМИД   19473888 .
  5. ^ Бьоркстен Дж., Ачарья П.В., Ашман С., Ветлауфер Д.Б. (июль 1971 г.). «Герогенные фракции у тритированной крысы». Журнал Американского гериатрического общества . 19 (7): 561–574. дои : 10.1111/j.1532-5415.1971.tb02577.x . ПМИД   5106728 . S2CID   33154242 .
  6. ^ Ачарья П.В. (1972). «Выделение и частичная характеристика коррелирующих с возрастом олиго-дезоксирибо-рибонуклеотидов с ковалентно связанными аспартил-глутамил-полипептидами» . Медицинский журнал Джонса Хопкинса. Приложение (1): 254–260. ПМИД   5055816 .
  7. ^ Перейти обратно: а б Уэртас П. (январь 2010 г.). «Резекция ДНК у эукариот: решаем, как исправить разрыв» . Структурная и молекулярная биология природы . 17 (1): 11–16. дои : 10.1038/nsmb.1710 . ПМК   2850169 . ПМИД   20051983 .
  8. ^ Лян Л., Дэн Л., Чен Ю., Ли Г.К., Шао С., Тишфилд Дж.А. (сентябрь 2005 г.). «Модуляция соединения концов ДНК ядерными белками» . Журнал биологической химии . 280 (36): 31442–31449. дои : 10.1074/jbc.M503776200 . ПМИД   16012167 .
  9. ^ Уотсон Дж.Д., Бейкер Т.А., Белл С.П., Ганн А., Левин М., Лосик Р., ред. (2004). Молекулярная биология гена (5-е изд.). Пирсон Бенджамин Каммингс; ЦШЛ Пресс. Ч. 9, 10. OCLC   936762772 .
  10. ^ Перейти обратно: а б с д Дейли Дж. М., Лаан Р. Л., Суреш А., Уилсон Т. Е. (август 2005 г.). «Совместная зависимость ДНК действия полимеразы семейства pol X при негомологичном соединении концов» . Журнал биологической химии . 280 (32): 29030–29037. дои : 10.1074/jbc.M505277200 . ПМИД   15964833 .
  11. ^ Рэй Чаудхури А, Нуссенцвейг А (октябрь 2017 г.). «Многогранная роль PARP1 в репарации ДНК и ремоделировании хроматина» . Обзоры природы. Молекулярно-клеточная биология . 18 (10): 610–621. дои : 10.1038/номер.2017.53 . ПМК   6591728 . ПМИД   28676700 .
  12. ^ Сонг Дж, Кепплер Б.Д., Уайз Р.Р., Бент А.Ф. (май 2015 г.). «PARP2 является преобладающей поли(АДФ-рибозо)-полимеразой при повреждении ДНК арабидопсиса и иммунных реакциях» . ПЛОС Генетика . 11 (5): е1005200. дои : 10.1371/journal.pgen.1005200 . ПМЦ   4423837 . ПМИД   25950582 .
  13. ^ Хейнс Дж. Ф., Макдональд Д., Родриг А., Дери У., Массон Дж. Ю., Хендзель М. Дж., Пуарье Г. Г. (январь 2008 г.). «PARP1-зависимая кинетика привлечения белков MRE11 и NBS1 к множественным сайтам повреждения ДНК» . Журнал биологической химии . 283 (2): 1197–1208. дои : 10.1074/jbc.M706734200 . ПМИД   18025084 .
  14. ^ Урхаммер Н., Бэй Дж.О., Гатти Р.А. (октябрь 2002 г.). «NBN (синдром разрушения Неймегена 1)» . Атлас генетики и цитогенетики в онкологии и гематологии - NBS1 . Архивировано из оригинала 29 сентября 2006 г. Проверено 12 февраля 2008 г.
  15. ^ Перейти обратно: а б с д и ж Казари Э., Ринальди С., Марселла А., Гнуньоли М., Коломбо К.В., Бонетти Д., Лонгезе, член парламента (2019). «Обработка двухцепочечных разрывов ДНК комплексом MRX в контексте хроматина» . Границы молекулярной биологии . 6:43 . doi : 10.3389/fmolb.2019.00043 . ПМК   6567933 . ПМИД   31231660 .
  16. ^ Перейти обратно: а б с д Пинто С., Ананд Р., Чейка П. (2018). «Методы исследования резекции концов ДНК II: анализы биохимического восстановления». Механизмы рекомбинации ДНК и перестройки генома: методы изучения гомологичной рекомбинации . Методы энзимологии. Том. 600. стр. 67–106. дои : 10.1016/bs.mie.2017.11.009 . ISBN  9780128144299 . ПМИД   29458776 .
  17. ^ Перейти обратно: а б Сюэ С., Ван В., Крикард Дж.Б., Моевус С.Дж., Квон Ю., Сун П., Грин ЕС (март 2019 г.). «Регуляторный контроль Sgs1 и Dna2 во время резекции концов эукариотической ДНК» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 116 (13): 6091–6100. Бибкод : 2019PNAS..116.6091X . дои : 10.1073/pnas.1819276116 . ПМК   6442620 . ПМИД   30850524 .
  18. ^ Чен С., изд. (2013). Новые направления исследований в области репарации ДНК . Хорватия: ИнТех. ISBN  978-953-51-1114-6 . OCLC   957280914 .
  19. ^ Перейти обратно: а б Пун Р.Ю. (01 января 2016 г.). «Митотическая катастрофа». В Брэдшоу Р.А., Шталь П.Д. (ред.). Энциклопедия клеточной биологии . Уолтем: Академическая пресса. стр. 399–403. ISBN  978-0-12-394796-3 .
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 75bfa1898b64c393ff0e1fb1d24c77c2__1700994180
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/75/c2/75bfa1898b64c393ff0e1fb1d24c77c2.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
DNA end resection - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)