Экзонуклеаза

Экзонуклеазы — это ферменты , которые работают, отщепляя нуклеотиды по одному от конца (экзо) полинуклеотидной цепи. Происходит реакция гидролиза , которая разрывает фосфодиэфирные связи либо на 3'-, либо на 5'-конце . Ее близким родственником является эндонуклеаза , расщепляющая фосфодиэфирные связи в середине (эндо) полинуклеотидной цепи. Эукариоты и прокариоты имеют три типа экзонуклеаз, участвующих в нормальном обмене мРНК : 5'-3'-экзонуклеаза (Xrn1) , которая является зависимым декепирующим белком ; 3'-5'-экзонуклеаза, независимый белок; и поли(А)-специфическая 3'-5'-экзонуклеаза. ^[1]^[2]

И у архей , и у эукариот один из основных путей деградации РНК осуществляется с помощью мультибелкового экзосомного комплекса , который состоит в основном из 3'-5' экзорибонуклеаз .

Значение для полимеразы

Известно, что РНК- полимераза II действует во время терминации транскрипции; он работает с 5'-экзонуклеазой (ген человека Xrn2) для деградации вновь образованного транскрипта ниже по ходу хода, покидая сайт полиаденилирования и одновременно стреляя в полимеразу. Этот процесс включает в себя захват экзонуклеазы pol II и прекращение транскрипции. ^[3]

Затем Pol I синтезирует нуклеотиды ДНК вместо только что удаленного праймера РНК. ДНК-полимераза I также обладает экзонуклеазной активностью от 3' до 5' и от 5' до 3', которая используется при редактировании и корректировке ДНК на наличие ошибок. Активность от 3' до 5' может удалять только один мононуклеотид за раз, а активность от 5' до 3' может удалять мононуклеотиды или до 10 нуклеотидов за раз.

кишечной палочки Типы

В 1971 году Lehman IR обнаружил экзонуклеазу I в E. coli . С тех пор было сделано множество открытий, в том числе: экзонуклеаза II, III , IV, V , VI, VII и VIII. Каждый тип экзонуклеазы имеет определенный тип функции или требования. ^[4]

Экзонуклеаза I разрывает одноцепочечную ДНК в направлении 3' → 5', высвобождая один за другим дезоксирибонуклеозид-5'-монофосфаты. Он не расщепляет нити ДНК без концевых 3'-ОН-групп , поскольку они блокируются фосфорильными или ацетильными группами. ^[5]

Экзонуклеаза II связана с ДНК-полимеразой I, которая содержит 5'-экзонуклеазу, которая отрезает праймер РНК, расположенный непосредственно перед местом синтеза ДНК, в порядке 5' → 3'.

Экзонуклеаза III обладает четырьмя каталитическими активностями:

3'-5'-экзодезоксирибонуклеазная активность, специфичная для двухцепочечной ДНК.
РНКазная активность
активность 3'-фосфатазы
Эндонуклеазная активность AP (позже была названа эндонуклеазой II). ^[6]

Экзонуклеаза IV добавляет молекулу воды, поэтому она может разорвать связь олигонуклеотида с нуклеозид-5'-монофосфатом. Эта экзонуклеаза требует Mg 2+ для функционирования и работает при более высоких температурах, чем экзонуклеаза I. ^[7]

Экзонуклеаза V представляет собой фермент, гидролизующий 3'-5'-концы, который катализирует линейную двухцепочечную ДНК и одноцепочечную ДНК, для которых требуется Ca2+ . ^[8] Этот фермент чрезвычайно важен в процессе гомологичной рекомбинации .

Экзонуклеаза VIII представляет собой димерный белок с длиной от 5' до 3', который не требует АТФ или каких-либо пробелов или разрывов в цепи, но требует свободной 5'-ОН-группы для выполнения своей функции. ^{[ нужна ссылка ]}.

Открытия у людей

Известно, что эндонуклеаза 3'-5' человеческого типа необходима для правильного процессинга пре-мРНК гистонов, в которой мяРНП U7 управляет процессом одиночного расщепления. После удаления последующего продукта расщепления (DCP) Xrn1 продолжает дальнейшее расщепление продукта до тех пор, пока он не будет полностью разложен. ^[9] Это позволяет нуклеотидам перерабатываться. Xrn1 связан с активностью котранскрипционного расщепления (CoTC), которая действует как предшественник для развития свободного 5'-незащищенного конца, поэтому экзонуклеаза может удалять и разрушать нижестоящий продукт расщепления (DCP). Это инициирует терминацию транскрипции, поскольку человек не хочет, чтобы в его теле накапливались цепи ДНК или РНК. ^[10]

Открытия в дрожжах

CCR4-Not представляет собой общий регуляторный комплекс транскрипции у почкующихся дрожжей , который, как обнаружено, связан с метаболизмом мРНК , инициацией транскрипции и деградацией мРНК. Было обнаружено, что CCR4 содержит экзонуклеазную активность РНК и одноцепочечной ДНК от 3' до 5'. ^[11] Другим компонентом, связанным с CCR4-Not , является белок CAF1, который, как было обнаружено, содержит экзонуклеазные домены от 3' до 5' или от 5' до 3' у мышей и Caenorhabditis elegans . ^[12] Этот белок не был обнаружен у дрожжей, что позволяет предположить, что он, вероятно, имеет аномальный экзонуклеазный домен, подобный тому, который наблюдается у многоклеточных животных. ^[13] Дрожжи содержат экзонуклеазу Rat1 и Xrn1. Rat1 работает так же, как человеческий тип (Xrn2), а функция Xrn1 в цитоплазме находится в направлении от 5' к 3', разрушая РНК (рРНК до 5,8 и 25) в отсутствие Rat1. ^[14]^[15]

Открытия в области коронавирусов

В бета- коронавирусах , включая SARS-CoV-2 , экзонуклеаза корректурного чтения, nsp14-ExoN, которая является частью вирусного генома, отвечает за рекомбинацию, которая участвует в появлении новых штаммов. ^[16]

Ссылки

^ Мукерджи Д; и др. (2004). «Анализ экзонуклеолитической активности РНК в клеточных экстрактах». Процессинг и метаболизм МРНК . Методы молекулярной биологии. Том. 257. стр. 193–211. дои : 10.1385/1-59259-750-5:193 . ISBN 978-1-59259-750-5 . ПМИД 14770007 .
^ Памела А. Фришмейер; и др. (2002). «Механизм наблюдения за мРНК, который устраняет транскрипты, не имеющие терминирующих кодонов». Наука . 295 (5563): 2258–61. Бибкод : 2002Sci...295.2258F . дои : 10.1126/science.1067338 . ПМИД 11910109 . S2CID 40843312 .
^ Хаге А.Л.; и др. (2008). «Для эффективной терминации транскрипции РНК-полимеразой I требуется 5'-экзонуклеаза Rat1 у дрожжей» . Генс Дев . 22 (8): 1068–081. дои : 10.1101/gad.463708 . ПМЦ 2335327 . ПМИД 18413717 .
^ Пол Д. Бойер (1952). Ферменты (1-е изд.). Академическая пресса. п. 211. ИСБН 978-0-12-122723-4 .
^ Леман И.Р., Нуссбаум А.Л. (август 1964 г.). «Дезоксирибонуклеазы Escherichia Coli. В. о специфичности экзонуклеазы I (фосфодиэстеразы)» . Ж. Биол. Хим . 239 (8): 2628–36. дои : 10.1016/S0021-9258(18)93898-6 . ПМИД 14235546 .
^ Роджерс С.Г., Вайс Б. (1980). «Экзонуклеаза III Escherichia coli K-12, эндонуклеаза AP» . Нуклеиновые кислоты Часть I. Методы энзимологии. Том. 65. С. 201–11 . дои : 10.1016/S0076-6879(80)65028-9 . ISBN 978-0-12-181965-1 . ПМИД 6246343 .
^ Мишра, Северная Каролина; Мишра, Навин К. (1995). Молекулярная биология нуклеаз . Бока-Ратон: CRC Press. стр. 46–52. ISBN 978-0-8493-7658-0 .
^ Дуглас А. Джулин (2000). «Обнаружение и количественная оценка активности фермента RecBCD (экзонуклеазы V)». Протоколы восстановления ДНК . Методы молекулярной биологии. Том. 152. Хумана Пресс. стр. 91–105. дои : 10.1385/1-59259-068-3:91 . ISBN 978-0-89603-643-7 . ПМИД 10957971 .
^ Ян XC, Салливан К.Д., Марзлафф В.Ф., Домински З. (январь 2009 г.). «Исследование 5'-экзонуклеазной и эндонуклеазной активности CPSF-73 при процессинге гистоновой пре-мРНК» . Мол. Клетка. Биол . 29 (1): 31–42. дои : 10.1128/MCB.00776-08 . ПМК 2612496 . ПМИД 18955505 .
^ Уэст С., Громак Н., Праудфут, Нью-Джерси (ноябрь 2004 г.). «Человеческая 5' → 3' экзонуклеаза Xrn2 способствует терминации транскрипции в сайтах котранскрипционного расщепления» . Природа . 432 (7016): 522–5. Бибкод : 2004Natur.432..522W . дои : 10.1038/nature03035 . ПМИД 15565158 .
^ Чен Дж., Чан Ю.К., Денис К.Л. (март 2002 г.). «CCR4, экзонуклеаза 3’–5’ поли(А) РНК и оцДНК, является каталитическим компонентом цитоплазматической деаденилазы» . ЭМБО Дж . 21 (6): 1414–26. дои : 10.1093/emboj/21.6.1414 . ПМЦ 125924 . ПМИД 11889047 .
^ Дрейпер MP, Сальвадор С, Денис CL (июль 1995 г.). «Идентификация мышиного белка, гомолог которого в Saccharomyces cerevisiae является компонентом транскрипционного регуляторного комплекса CCR4» . Мол. Клетка. Биол . 15 (7): 3487–95. дои : 10.1128/MCB.15.7.3487 . ПМК 230585 . ПМИД 7791755 .
^ Мозер М.Дж., Холли В.Р., Чаттерджи А., Миан И.С. (декабрь 1997 г.). «Домен корректуры ДНК-полимеразы I Escherichia coli и других доменов экзонуклеазы ДНК и/или РНК» . Нуклеиновые кислоты Рез . 25 (24): 5110–8. дои : 10.1093/нар/25.24.5110 . ПМК 147149 . ПМИД 9396823 . Архивировано из оригинала 18 июля 2012 г.
^ Генри Ю., Вуд Х., Моррисси Дж. П., Петфальски Э., Кирси С., Толлерви Д. (май 1994 г.). «5'-конец дрожжевой 5.8S рРНК генерируется экзонуклеазами из верхнего сайта расщепления» . ЭМБО Дж . 13 (10): 2452–63. дои : 10.1002/j.1460-2075.1994.tb06530.x . ПМК 395111 . ПМИД 7515008 .
^ Герлингс Т.Х., Вос Дж.К., Рауэ Х.А. (декабрь 2000 г.). «Заключительный этап образования 25S рРНК у Saccharomyces cerevisiae осуществляется 5'→3'-экзонуклеазами» . РНК . 6 (12): 1698–703. дои : 10.1017/S1355838200001540 . ПМК 1370040 . ПМИД 11142370 .
^ Гриббл, Дженнифер; Стивенс, Лаура Дж.; Агостини, Мария Л.; Андерсон-Дэниэлс, Иордания; Чаппелл, Джеймс Д.; Лу, Сяотао; Прюйссерс, Андреа Дж.; Рут, Эндрю Л.; Денисон, Марк Р. (2021). «Экзорибонуклеаза, корректирующая коронавирус, опосредует обширную вирусную рекомбинацию» . ПЛОС Патогены . 17 (1): e1009226. дои : 10.1371/journal.ppat.1009226 . ПМЦ 7846108 . ПМИД 33465137 .

Внешние ссылки

Экзонуклеазы Национальной медицинской библиотеки США в медицинских предметных рубриках (MeSH)

[1] Мукерджи Д; и др. (2004). «Анализ экзонуклеолитической активности РНК в клеточных экстрактах». Процессинг и метаболизм МРНК . Методы молекулярной биологии. Том. 257. стр. 193–211. дои : 10.1385/1-59259-750-5:193 . ISBN 978-1-59259-750-5 . ПМИД 14770007 .

[2] Памела А. Фришмейер; и др. (2002). «Механизм наблюдения за мРНК, который устраняет транскрипты, не имеющие терминирующих кодонов». Наука . 295 (5563): 2258–61. Бибкод : 2002Sci...295.2258F . дои : 10.1126/science.1067338 . ПМИД 11910109 . S2CID 40843312 .

[3] Хаге А.Л.; и др. (2008). «Для эффективной терминации транскрипции РНК-полимеразой I требуется 5'-экзонуклеаза Rat1 у дрожжей» . Генс Дев . 22 (8): 1068–081. дои : 10.1101/gad.463708 . ПМЦ 2335327 . ПМИД 18413717 .

[4] Пол Д. Бойер (1952). Ферменты (1-е изд.). Академическая пресса. п. 211. ИСБН 978-0-12-122723-4 .

[5] Леман И.Р., Нуссбаум А.Л. (август 1964 г.). «Дезоксирибонуклеазы Escherichia Coli. В. о специфичности экзонуклеазы I (фосфодиэстеразы)» . Ж. Биол. Хим . 239 (8): 2628–36. дои : 10.1016/S0021-9258(18)93898-6 . ПМИД 14235546 .

[6] Роджерс С.Г., Вайс Б. (1980). «Экзонуклеаза III Escherichia coli K-12, эндонуклеаза AP» . Нуклеиновые кислоты Часть I. Методы энзимологии. Том. 65. С. 201–11 . дои : 10.1016/S0076-6879(80)65028-9 . ISBN 978-0-12-181965-1 . ПМИД 6246343 .

[7] Мишра, Северная Каролина; Мишра, Навин К. (1995). Молекулярная биология нуклеаз . Бока-Ратон: CRC Press. стр. 46–52. ISBN 978-0-8493-7658-0 .

[8] Дуглас А. Джулин (2000). «Обнаружение и количественная оценка активности фермента RecBCD (экзонуклеазы V)». Протоколы восстановления ДНК . Методы молекулярной биологии. Том. 152. Хумана Пресс. стр. 91–105. дои : 10.1385/1-59259-068-3:91 . ISBN 978-0-89603-643-7 . ПМИД 10957971 .

[9] Ян XC, Салливан К.Д., Марзлафф В.Ф., Домински З. (январь 2009 г.). «Исследование 5'-экзонуклеазной и эндонуклеазной активности CPSF-73 при процессинге гистоновой пре-мРНК» . Мол. Клетка. Биол . 29 (1): 31–42. дои : 10.1128/MCB.00776-08 . ПМК 2612496 . ПМИД 18955505 .

[10] Уэст С., Громак Н., Праудфут, Нью-Джерси (ноябрь 2004 г.). «Человеческая 5' → 3' экзонуклеаза Xrn2 способствует терминации транскрипции в сайтах котранскрипционного расщепления» . Природа . 432 (7016): 522–5. Бибкод : 2004Natur.432..522W . дои : 10.1038/nature03035 . ПМИД 15565158 .

[11] Чен Дж., Чан Ю.К., Денис К.Л. (март 2002 г.). «CCR4, экзонуклеаза 3’–5’ поли(А) РНК и оцДНК, является каталитическим компонентом цитоплазматической деаденилазы» . ЭМБО Дж . 21 (6): 1414–26. дои : 10.1093/emboj/21.6.1414 . ПМЦ 125924 . ПМИД 11889047 .

[12] Дрейпер MP, Сальвадор С, Денис CL (июль 1995 г.). «Идентификация мышиного белка, гомолог которого в Saccharomyces cerevisiae является компонентом транскрипционного регуляторного комплекса CCR4» . Мол. Клетка. Биол . 15 (7): 3487–95. дои : 10.1128/MCB.15.7.3487 . ПМК 230585 . ПМИД 7791755 .

[13] Мозер М.Дж., Холли В.Р., Чаттерджи А., Миан И.С. (декабрь 1997 г.). «Домен корректуры ДНК-полимеразы I Escherichia coli и других доменов экзонуклеазы ДНК и/или РНК» . Нуклеиновые кислоты Рез . 25 (24): 5110–8. дои : 10.1093/нар/25.24.5110 . ПМК 147149 . ПМИД 9396823 . Архивировано из оригинала 18 июля 2012 г.

[14] Генри Ю., Вуд Х., Моррисси Дж. П., Петфальски Э., Кирси С., Толлерви Д. (май 1994 г.). «5'-конец дрожжевой 5.8S рРНК генерируется экзонуклеазами из верхнего сайта расщепления» . ЭМБО Дж . 13 (10): 2452–63. дои : 10.1002/j.1460-2075.1994.tb06530.x . ПМК 395111 . ПМИД 7515008 .

[15] Герлингс Т.Х., Вос Дж.К., Рауэ Х.А. (декабрь 2000 г.). «Заключительный этап образования 25S рРНК у Saccharomyces cerevisiae осуществляется 5'→3'-экзонуклеазами» . РНК . 6 (12): 1698–703. дои : 10.1017/S1355838200001540 . ПМК 1370040 . ПМИД 11142370 .

[16] Гриббл, Дженнифер; Стивенс, Лаура Дж.; Агостини, Мария Л.; Андерсон-Дэниэлс, Иордания; Чаппелл, Джеймс Д.; Лу, Сяотао; Прюйссерс, Андреа Дж.; Рут, Эндрю Л.; Денисон, Марк Р. (2021). «Экзорибонуклеаза, корректирующая коронавирус, опосредует обширную вирусную рекомбинацию» . ПЛОС Патогены . 17 (1): e1009226. дои : 10.1371/journal.ppat.1009226 . ПМЦ 7846108 . ПМИД 33465137 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

v т и Ферменты
Activity	Active site Binding site Catalytic triad Oxyanion hole Enzyme promiscuity Diffusion-limited enzyme Cofactor Enzyme catalysis
Regulation	Allosteric regulation Cooperativity Enzyme inhibitor Enzyme activator
Classification	EC number Enzyme superfamily Enzyme family List of enzymes
Kinetics	Enzyme kinetics Eadie–Hofstee diagram Hanes–Woolf plot Lineweaver–Burk plot Michaelis–Menten kinetics
Types	EC1 Oxidoreductases (list) EC2 Transferases (list) EC3 Hydrolases (list) EC4 Lyases (list) EC5 Isomerases (list) EC6 Ligases (list) EC7 Translocases (list)