Самана эндонуклеаза
(Перенаправлен из гена самонаводящегося эндонуклеазы )
 | Эта статья может быть слишком технической для большинства читателей, чтобы понять . ( Январь 2024 г. ) |
Самопроизводственные эндонуклеазы представляют собой набор эндонуклеазов, кодируемых либо отдельно стоящими генами внутри интронов , как слияния с белками-хозяевами, либо в виде самосплаты . Они катализируют гидролиз геномной ДНК в клетках, которые их синтезируют, но делают это в очень немногих или даже единственных местах. Ремонт гидролизованной ДНК клеткой -хозяева часто приводит к тому, что ген кодирует самонадеянную эндонуклеазу, скопированную в место расщепления, следовательно, термин «домашний разум» для описания движения этих генов. Таким образом, эндонуклеазы для самонаделения могут передавать свои гены горизонтально внутри популяции хозяина, увеличивая частоту их аллелей с более высокими, чем мендельские ставки.
Происхождение и механизм
[ редактировать ]Несмотря на то, что происхождение и функция самонаживания эндонуклеазы все еще исследуются, наиболее установленная гипотеза рассматривает их как эгоистичные генетические элементы , [ 1 ] Аналогично транспозонам , потому что они облегчают увековечение генетических элементов, которые кодируют их, независимо от того, чтобы обеспечить функциональный атрибут организму хозяина.
Последовательности распознавания эндонуклеазы для самонаделения достаточно длинные, чтобы происходить случайным образом только с очень низкой вероятностью (приблизительно один раз каждые 7 × 10 9 bp ), [ 2 ] и обычно встречаются в одном или очень немногих случаях на геном . Как правило, из -за механизма самонавочного проживания ген, кодирующий эндонуклеазу (HEG, «ген эндонуклеазы Homing»), расположен в последовательности распознавания, которую фермент разрезает, тем самым прерывая последовательность распознавания эндонуклеазы и ограничивая только участки, которые делают, которые делают. Пока (пока) носите Хег.
До передачи один аллель несет ген (HEG + ), в то время как другой нет (HEG − ), и поэтому подвержен вырубке ферментом. Как только фермент синтезируется, он разбивает хромосому в HEG − Аллель, инициируя отклик из системы восстановления клеточной ДНК . Ущерб восстанавливается с использованием рекомбинации , принимая шаблон противоположного, неповрежденного аллеля ДНК, HEG + , это содержит ген для эндонуклеазы. Таким образом, ген копируется в аллель, который изначально не имел его, и он распространяется через последовательные поколения. [ 3 ] Этот процесс называется «Самым». [ 3 ]
Номенклатура
[ редактировать ]Самопроизводные эндонуклеазы всегда обозначаются с префиксом, который идентифицирует их геномное происхождение, за которым следует дефис: «i-» для самонадеянного эндонуклеазы, кодируемых в интроне, «PI» (для «белковой вставки») для тех, кто кодировался внутри интеина. Некоторые авторы предложили использовать префикс «f-» («отдельно стоящий») для вирусных ферментов и других природных ферментов, не кодируемых интронами, ни Inteins, [ 4 ] и «H-» («гибрид») для ферментов, синтезированных в лаборатории. [ 5 ] Далее, трибуктное имя получено из биноминального имени организма, получая одну верхнюю букву от названия рода и две строчные буквы от конкретного имени. (Некоторое смешивание обычно выполняется для гибридных ферментов.)
- Pi-Tliii ( P30317 ) является вторым идентифицированным ферментом, кодируемым Intein , обнаруженным в Archaea Thermococcus litoralis . [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]
- H-DREI ( PDB : 1MOW ) является первой синтетической эндонуклеазой, созданной в лаборатории из ферментов I-DMOI ( P21505 ) и I-CREI ( P05725 ), взятых соответственно из Desulfurococcus mobilis и Chlamydomonas reenhardtii . [ 5 ] [ 9 ]
Сравнение с рестрикционными ферментами
[ редактировать ]Самонаживая эндонуклеазы отличается от рестрикционных ферментов типа II в нескольких отношениях: [ 4 ]
- В то время как рестрикционные ферменты типа II связываются короткими, обычно симметричными, последовательностями распознавания от 4 до 8 п.н. , самонарующиеся эндонуклеазы связываются очень длинными, а во многих случаях асимметричные последовательности распознавания, охватывающие от 12 до 40 п.н.
- Самопроизводственные эндонуклеазы, как правило, более терпимы к заменам в последовательности распознавания. Незначительные изменения в последовательности распознавания обычно снижают активность самонадельных эндонуклеаз, но часто не полностью отменяют ее так часто встречаются с рестрикционными ферментами. [ 10 ] [ 11 ]
- Самонаводные эндонуклеазы разделяют структурные мотивы , которые предполагают, что есть четыре семейства, тогда как было невозможно определить просто узнаваемые и различимые семейства рестрикционных ферментов типа II.
- Самонаводные эндонуклеазы действуют как мономеры или гомодимеры и часто требуют, чтобы ассоциированные белки регулировали их активность [ 12 ] или образуют рибонуклеопротеиновые комплексы , в которых РНК является неотъемлемой компонентом каталитического аппарата. [ 13 ] Ферменты ограничения типа II также могут функционировать в одиночку, как мономеры или гомодимеры, [ 14 ] или с дополнительными белковыми субъединицами , [ 15 ] Но вспомогательные субъединицы отличаются от самолетных эндонуклеаз. Таким образом, они могут потребовать ограничения, модификации и субъединиц специфичности для их действия. [ 15 ]
- Наконец, самонарующиеся эндонуклеазы имеют более широкое филогенетическое распределение, происходящее во всех трех биологических доменах - археи , бактерии и эукарья . Ферменты ограничения типа II встречаются только у археи, бактерий и некоторых вирусов. [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] Самопроизводственные эндонуклеазы также экспрессируются во всех трех компартментах эукариотических клеток: ядра , митохондрии и хлоропластов . Открытые рамки считывания, кодирующие самонадельные эндонуклеазы, были обнаружены в интронах , Inteins и в отдельно стоящей форме между генами, тогда как гены, кодирующие гены рестрикционных ферментов типа II, были обнаружены только в отдельно стоящей форме, почти всегда в тесной связи с генами, кодирующими когнированные энцификации ДНК. [ 19 ] Таким образом, в то время как ферменты ограничения типа II и эндонуклеазы для самонаделения имеют функцию расщепления двухцепочечной ДНК, они, по-видимому, развивались независимо.
Структурные семьи
[ редактировать ]
| ||||||||||||||||
| Laglidadg Эндонуклеаза | |||
|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||
| Символ | Laglidadg_1 | ||
| Pfam | PF00961 | ||
| PFAM клан | CL0324 | ||
| InterPro | IPR001982 | ||
| Кат - | 1AF5 | ||
| Краткое содержание | 1af5 / scope / supfam | ||
| |||
| См. Вход клана для связанных семей PFAM. | |||
| Эндонуклеаза Giy-Yig, каталитическая | |||
|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||
| Символ | GIY-YIG | ||
| Pfam | PF01541 | ||
| InterPro | IPR000305 | ||
| PROSITE | PS50164 | ||
| Кат - | 1MK0 | ||
| Краткое содержание | 1mk0 / scope / supfam | ||
| |||
В настоящее время есть шесть известных структурных семей. Их консервативные структурные мотивы : [ 4 ]
- LAGLIDADG: Каждый полипептид имеет 1 или 2 мотива Laglidadg. Последовательность Laglidadg представляет собой консервативную последовательность аминокислот, где каждая буква представляет собой код, который идентифицирует определенный остаток. Эта последовательность непосредственно участвует в процессе резки ДНК. Те ферменты, которые имеют только один мотив, работают в качестве гомодимеров, создавая седло, которое взаимодействует с основной канавкой каждой половины ДНК. Мотивы Laglidadg вносят вклад аминокислотных остатков как в интерфейс белкового белка между белковыми доменами или субъединицами, так и в активные участки фермента. Ферменты, которые обладают двумя мотивами в одной белковой цепи, действуют как мономеры, создавая седло аналогичным образом. Первые структуры, которые должны быть определены для самонаводящихся эндонуклеаз (PI-SCEI и I-CREI, оба зарегистрировали в 1997 году), были из структурного семейства Laglidadg., [ 20 ] [ 21 ] В следующем году также сообщалось о первой структуре самонаводной эндонуклеазы (I-CREI), связанной с его сайтом-мишенью ДНК. [ 9 ]
- Giy-Yig: У них есть только один мотив Giy-Yig, в N-концевой области, который взаимодействует с ДНК в месте резки. Прототипным ферментом этого семейства является I-Tevi, который действует как мономер. Сообщалось о отдельных структурных исследованиях о ДНК-связывающих и каталитических доменах I-Tevi, первых, связанных с его мишенью ДНК, а второе в отсутствие ДНК. [ 22 ] [ 23 ]
- Box His-Cys ( PFAM PF05551 ): эти ферменты обладают областью из 30 аминокислот, которые включают 5 консервативных остатков: два гистидина и три цистеина . Они координируют металлический катион, необходимый для катализа. I-ppoi-лучший охарактеризованный фермент этой семьи и выступает как гомодимер. Его структура была зарегистрирована в 1998 году. [ 24 ] Возможно, это связано с семьей HNH, поскольку они разделяют общие черты. [ 25 ]
- HNH: ( PFAM CL0263 ): они имеют консенсусную последовательность приблизительно 30 аминокислот. Он включает в себя две пары консервативных гистидинов и один аспарагин , которые создают домен цинкового пальца . I-HMUI ( P34081 ) является наиболее охарактеризованным ферментом этого семейства и действует как мономер. Его структура была зарегистрирована в 2004 году ( PDB : 1U3E ). [ 26 ]
- PD- (D/E) XK ( PFAM CL0236 ): эти ферменты содержат канонический нуклеазный каталитический домен, обычно встречающийся в эндонуклеазах ограничения II типа. Лучший охарактеризованный фермент в этом семействе, I-SSP6803I ( Q57253 ), действует как тетрамер. Его структура была зарегистрирована в 2007 году ( PDB : 2OST ). [ 27 ] Общая складка сохраняется во многих семействах эндонуклеазы, которые принадлежат к суперсемейству PD- (D/E) XK. [ 28 ]
- VSR-подобный/EDXHD (DUF559, InterPro : IPR007569 ): эти ферменты были обнаружены в глобальной метагеномной базе данных отбора проб в океане и сначала описаны в 2009 году. Термин «VSR-подобный» относится к присутствию C-терминальной нуклеасовой домен Познаваемая гомология для бактериальных эндонуклеаз для бактериального восстановления (VSR). [ 29 ] Структура была решена в 2011 году, подтверждая гомологию VSR. [ 30 ] Считается частью суперсемейства PD- (D/E) XK. [ 28 ]
Доменная архитектура
[ редактировать ]| HOM_END-ассоциированная подсказка | |||
|---|---|---|---|
 Кристаллическая структура миниприкурсура PI-SCEI | |||
| Идентификаторы | |||
| Символ | Hom_nd_hint | ||
| Pfam | PF05203 | ||
| PFAM клан | CL0363 | ||
| InterPro | IPR007868 | ||
| Краткое содержание | 1gpp / scope / supfam | ||
| |||
| Мотив Intein крупного домена Laglidadg hom_end. | |||
Эндонуклеаза PI-SCE, домашняя, самонадеяющаяся на дрожже, представляет собой эндонуклеазу типа Laglidadg, кодируемая как Intein , которая выходит из другого белка ( P17255 ). Структура с высоким разрешением выявляет два домена : эндонуклеолитический центр, напоминающий С-концевой домен белков хеджихога , и домен подсказки с распылением белка (хеджхог/Intein), содержащий активный сайт . [ 31 ]
Смотрите также
[ редактировать ]- Rebase , комплексная база данных ферментов рестрикции из Biolabs Новой Англии со ссылками на связанную литературу.
- Список сайтов резания эндонуклеазы.
- I-CREI HOMING ENDONUCLEASE
- Мегануклеазы
- Ограничение фермент
- Интроны и Inteins
- Внутригеномный конфликт: гены эндонуклеазы самона
- Транспосон
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Edgell DR (февраль 2009 г.). «Эгоистичная ДНК: домашние эндонуклеазы находят дом» . Curr Biol . 19 (3): R115 - R117. doi : 10.1016/j.cub.2008.12.019 . PMID 19211047 . S2CID 2380439 .
- ^ Jasin M (Jun 1996). «Генетические манипуляции с геномонтом с редкими эндонуклеазами» . Тенденции Genet . 12 (6): 224–8. doi : 10.1016/0168-9525 (96) 10019-6 . PMID 8928227 .
- ^ Jump up to: а беременный Берт А., Куфопану В. (декабрь 2004 г.). «Гены самонаделения эндонуклеазы: подъем и падение и снова подниматься эгоистичным элементом». Curr Opin Genet Dev . 14 (6): 609–15. doi : 10.1016/j.gde.2004.09.010 . PMID 15531154 .
- ^ Jump up to: а беременный в Белфорт М., Робертс Р.Дж. (сентябрь 1995 г.). «Самонаживание эндонуклеазы: держать дом в порядок» . Нуклеиновые кислоты Res . 25 (17): 3379–88. doi : 10.1093/nar/25.17.3379 . PMC 146926 . PMID 9254693 .
- ^ Jump up to: а беременный Chevalier BS, Kortemme T, Chadsey MS, Baker D, Monnat RJ, Stoddard BL (октябрь 2002 г.). «Дизайн, активность и структура очень специфической искусственной эндонуклеазы» . Мол Клетка . 10 (4): 895–905. doi : 10.1016/s1097-2765 (02) 00690-1 . PMID 12419232 .
- ^ Хирата Р., Осумк Ю., Накано А., Кавасаки Х., Сузуки К., Анраку Й (апрель 1990). «Молекулярная структура гена, VMA1, кодирующая каталитическую субъединицу H (+)-транслокацию аденозин-трихосфатазы из вакуолярных мембран Saccharomyces cerevisiae» . J Biol Chem . 265 (12): 6726–33. doi : 10.1016/s0021-9258 (19) 39210-5 . PMID 2139027 .
- ^ Кейн П.М., Ямаширо К.Т., Вольчик Д.Ф., Нефф Н., Гебл М., Стивенс Т.Х. (ноябрь 1990). «Сплайсинг белка преобразует продукт гена дрожжей TFP1 в субъединицу 69 кДа вакуолярной H (+)-аденозин-трифосфатазу». Наука . 250 (4981): 651–7. Bibcode : 1990sci ... 250..651K . doi : 10.1126/science.2146742 . PMID 2146742 .
- ^ Perler FB, Comb DG, Jack WE, Moran LS, Qiang B, Kucera RB, Benner J, Slatko BE, Nwankwo Do, Hempstead SK, Carlow CK, Jannasch H (июнь 1992 г.). «Промежуточные последовательности в гене ДНК -полимеразы археи» . ПНА . 89 (12): 5577–81. Bibcode : 1992pnas ... 89.5577p . doi : 10.1073/pnas.89.12.5577 . PMC 49335 . PMID 1608969 .
- ^ Jump up to: а беременный в Jurica MS, Monnat RJ, Stoddard BL (октябрь 1998 г.). «Распознавание ДНК и расщепление эндонуклеазой I-Crei Laglidadg I-Crei» (PDF) . Мол Клетка . 2 (4): 469–76. doi : 10.1016/s1097-2765 (00) 80146-x . PMID 9809068 .
- ^ Gimble FS, Wang J (октябрь 1996 г.). «Распознавание субстрата и индуцированное искажение ДНК эндонуклеазой PI-SCEI, фермент, генерируемый сплайсингом белка». J Mol Biol . 263 (2): 163–80. doi : 10.1006/jmbi.1996.0567 . PMID 8913299 .
- ^ Аргаст Г.М., Стивенс К.М., Эмонд М.Дж., Моннат Р.Дж. (июль 1998 г.). «I-PPOI и I-CREI-последовательность последовательности сайта. J Mol Biol . 280 (3): 345–53. doi : 10.1006/jmbi.1998.1886 . PMID 9665841 .
- ^ Шибата Т., Накагава К., Моришима Н. (1995). «Мульти-сайт-специфические эндонуклеазы и инициация гомологичной генетической рекомбинации у дрожжей». Adv Biophys . 31 : 77–91. doi : 10.1016/0065-227x (95) 99384-2 . PMID 7625280 .
- ^ Zimmerly S, Guo H, Eskes R, Yang J, Perlman PS, Lambowitz Am (ноябрь 1995 г.). «РНК интрона II группы является каталитическим компонентом эндонуклеазы ДНК, участвующей в подвижности интрона» . Клетка . 83 (4): 529–38. doi : 10.1016/0092-8674 (95) 90092-6 . PMID 7585955 . S2CID 10456475 .
- ^ Линн, Стюарт М; Ллойд, Р Стивен; Робертс, Ричард Дж. (Декабрь 1993 г.). Нуклеазы . Cold Spring Harbour Press . С. 35–88. ISBN 978-0-87969-426-5 .
- ^ Jump up to: а беременный Линн, Стюарт М; Ллойд, Р Стивен; Робертс, Ричард Дж. (Декабрь 1993 г.). Нуклеазы . Cold Spring Harbour Press . С. 89–109. ISBN 978-0-87969-426-5 .
- ^ Робертс RJ, Macelis D (январь 1997 г.). «Рефейс-ограничение ферментов и метилазы» . Нуклеиновые кислоты Res . 25 (1): 248–62. doi : 10.1093/nar/25.1.248 . PMC 146408 . PMID 9016548 .
- ^ Ламбовиц А.М., Белфорт М. (1993). «Интроны как мобильные генетические элементы». Annu Rev Biochem . 62 : 587–622. doi : 10.1146/annurev.bi.62.070193.003103 . PMID 8352597 .
- ^ Линн, Стюарт М; Ллойд, Р Стивен; Робертс, Ричард Дж. (Декабрь 1993 г.). Нуклеазы . Cold Spring Harbour Press . С. 111–143. ISBN 978-0-87969-426-5 .
- ^ Уилсон Г.Г. (декабрь 1988 г.). «Клонированные системы ограничения-обзор». Ген . 74 (1): 281–9. doi : 10.1016/0378-1119 (88) 90304-6 . PMID 3074014 .
- ^ Хит, П.; и др. (Июнь 1997 г.). «Структура I-Crel, кодируемая интрон эндонуклеаза, кодируемая интрон». Природа структурная биология . 4 (6): 468–476. doi : 10.1038/nsb0697-468 . PMID 9187655 . S2CID 12261983 .
- ^ Дуан, X. (май 1997). «Кристаллическая структура Pi-Scei, самонадеяющаяся эндонуклеаза с активностью сплайсинга белка» . Клетка . 89 (4): 555–564. doi : 10.1016/s0092-8674 (00) 80237-8 . PMID 9160747 . S2CID 14156646 .
- ^ Ван Рои, П.; Фокс, Км; и др. (Июль 2001 г.). «Переплетенная структура ДНК-связывающего домена интрона эндонуклеазы I-Tevi с его субстратом» . Embo j . 20 (14): 3631–3637. doi : 10.1093/emboj/20.14.3631 . PMC 125541 . PMID 11447104 .
- ^ Ван Рои, П.; Ковальски, Джозеф С.; и др. (Июль 2002 г.). «Структура каталитического домена и гипотеза для функции интрон-эндонуклеазы Giy-Yig I-Tevi». Природа структурная биология . 9 (11): 806–811. doi : 10.1038/nsb853 . PMID 12379841 . S2CID 24856337 .
- ^ Flick, K.; и др. (Июль 1998 г.). «Связывание ДНК и расщепление с помощью ядерной интрон, кодируемой эндонуклеазой i-ppoi». Природа . 394 (6688): 96–101. Bibcode : 1998natur.394 ... 96f . doi : 10.1038/27952 . PMID 9665136 . S2CID 4427957 .
- ^ Хафез, м; Hausner, G (август 2012 г.). «Самонаводные эндонуклеазы: ножницы ДНК на миссии». Геном . 55 (8): 553–69. doi : 10.1139/g2012-049 . PMID 22891613 . S2CID 29183470 .
- ^ Шен, BW; и др. (Сентябрь 2004 г.). «Связывание ДНК и расщепление с помощью эндонуклеазы HNH Homing I-HMUI». J. Mol. Биол . 342 (1): 43–56. doi : 10.1016/j.jmb.2004.07.032 . PMID 15313606 . S2CID 15990707 .
- ^ Zhao, L.; и др. (Май 2007). «Ограничение превращается в темную сторону: бактериальная эндонуклеаза с мотивом бактерий с мотивом PD- (D/E) -x» . Embo Journal . 26 (9): 2432–2442. doi : 10.1038/sj.emboj.7601672 . PMC 1864971 . PMID 17410205 .
- ^ Jump up to: а беременный Steczkiewicz, K; Muszewska, A; Knizewski, L; Rychlewski, L; Джинальский, К (август 2012 г.). «Последовательность, структура и функциональное разнообразие PD- (D/E) XK Phosphodiestrase Superbamily» . Исследование нуклеиновых кислот . 40 (15): 7016–45. doi : 10.1093/nar/gks382 . PMC 3424549 . PMID 22638584 .
- ^ Dassa, B.; и др. (Март 2009 г.). «Разрушенные гены: новое геномное расположение, включающее новые разделители Inteins и новое семейство эндонуклеазы» . Исследование нуклеиновых кислот . 37 (8): 2560–2573. doi : 10.1093/nar/gkp095 . PMC 2677866 . PMID 19264795 .
- ^ Тейлор, GK; Heiter, DF; Pietrokovski, S; Стоддард, BL (декабрь 2011 г.). «Деятельность, специфичность и структура I-BTH0305i: представитель новой семейства эндонуклеазы» . Исследование нуклеиновых кислот . 39 (22): 9705–19. doi : 10.1093/nar/gkr669 . PMC 3239194 . PMID 21890897 .
- ^ Moure CM, Gimble FS, Quiocho FA (октябрь 2002 г.). «Кристаллическая структура эндонуклеазы Pi-Scei Intein Pi-Scei связана с его последовательности распознавания». НАТ Структура Биол . 9 (10): 764–70. doi : 10.1038/nsb840 . PMID 12219083 . S2CID 40192379 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Perler fb. "Инбаза" . Архивировано из оригинала 2010-08-02 . Получено 2010-08-09 .
База данных и реестр Intein (из Biolabs из Новой Англии)
- Perler FB (январь 2002 г.). «Инбаза: база данных Intein» . Нуклеиновые кислоты Res . 30 (1): 383–4. doi : 10.1093/nar/30.1.383 . PMC 99080 . PMID 11752343 .