AP-эндонуклеаза

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

Апуриновая/апиримидиновая ( AP ) эндонуклеаза представляет собой фермент , который участвует в ДНК пути эксцизионной репарации оснований (BER). Его основная роль в восстановлении поврежденных или несовпадающих нуклеотидов в ДНК заключается в создании разрыва в фосфодиэфирном остове AP-сайта, образующегося, когда ДНК-гликозилаза удаляет поврежденное основание.

Существует четыре типа эндонуклеаз AP , которые классифицируются в зависимости от их механизма и места разреза. Эндонуклеазы AP класса I ( EC 4.2.99.18 ) расщепляют 3'-сайты AP по механизму β-лиазы, оставляя ненасыщенный альдегид, называемый 3'-(4-гидрокси-5-фосфо-2-пентеналь) остатком, и 5'-фосфат. Эндонуклеазы AP класса II разрезают ДНК 5'-сайты AP по гидролитическому механизму, оставляя 3'-гидроксильный и 5'-дезоксирибозофосфатный остаток. ^{[ 2 ]} Эндонуклеазы AP классов III и IV также расщепляют ДНК по фосфатным группам 3' и 5' до безосновательного сайта, но они образуют 3'-фосфат и 5'-ОН. ^{[ 3 ]}

У человека есть две эндонуклеазы AP: APE1 и APE2 . APE1 демонстрирует мощную AP-эндонуклеазную активность, на которую приходится >95% общей клеточной активности, а APE1 считается основной AP-эндонуклеазой в клетках человека. ^{[ 4 ]} Эндонуклеаза AP человека (APE1), как и большинство эндонуклеаз AP, относится к классу II и требует наличия магния. ²⁺ на своем активном сайте , чтобы выполнять свою роль в восстановлении после иссечения. Дрожжевой гомолог этого фермента — APN1. ^{[ 5 ]}

Эндонуклеаза AP человека 2 (APE2), как и большинство эндонуклеаз AP, также относится к классу II. Экзонуклеазная активность APE2 сильно зависит от ионов металлов. Однако APE2 был более чем в 5 раз более активен в присутствии ионов марганца, чем ионов магния. ^{[ 4 ]} Консервативные домены, участвующие в каталитической активности, расположены в N-концевой части как APE1, так и APE2. Кроме того, белок APE2 имеет С-концевое расширение, которого нет у APE1, но которое также можно обнаружить у гомологов человеческого APE2, таких как белки APN2 S. cerevisiae и S. pombe . ^{[ 4 ]}

Структура APE1

Положительные остатки на поверхности белка APE1 (синий) закрепляют и изгибают ДНК посредством взаимодействия с отрицательными фосфатными группами ДНК. ПКБ 1де9. ^{[ 1 ]}

Водородные связи между ключевыми аминокислотными остатками помогают стабилизировать структуру активного центра. Более 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 ему избирательно реагировать с сайтами AP. Три остатка APE1 ( Arg 73, Ala 74 и Lys 78) контактируют с тремя последовательными фосфатами ДНК на цепи, противоположной той, которая содержит сайт AP, в то время как Tyr 128 и Gly 127 охватывают и расширяют малую бороздку, закрепляя ДНК в случае сильного перегиба, вызванного путем взаимодействия между положительными остатками, обнаруженными в четырех петлях и одной α-спирали , и отрицательными фосфатными группами, обнаруженными в фосфодиэфирном остове ДНК.

APE1 Этот крайний перегиб заставляет неосновную часть ДНК попасть в активный сайт . Этот активный сайт граничит с Phe 266, Trp 280 и Leu 282, которые плотно прилегают к гидрофобной стороне AP-сайта, дискриминируя сайты, имеющие основания. Затем сайт AP дополнительно стабилизируется за счет водородной связи фосфатной группы 5´ с сайтом AP с помощью Asn 174, Asn212, His 309 и Mg. ²⁺ ион, в то время как его партнер-сиротское основание стабилизируется за счет водородной связи с Met 270. Фосфатная группа 3' по отношению к AP-сайту стабилизируется за счет водородной связи с Arg 177. Между тем, Asp 210 в активном сайте, который становится более реакционноспособным из-за Увеличение его pK _a (или отрицательного логарифма константы диссоциации кислоты ), вызванное его стабилизацией за счет водородной связи между Asn68 и Asn212, активирует нуклеофил , который атакует и расщепляет фосфодиэфирную основу и, вероятно, приводит к наблюдаемой максимальной активности APE1 при рН 7,5. ^{[ 1 ]}

Механизм

Фермент APE1 создает разрыв в фосфодиэфирном остове в абазическом (безосновательном) участке посредством простого механизма ацильного замещения. Во-первых, остаток Asp210 в активном сайте депротонирует молекулу воды, которая затем может осуществить нуклеофильную атаку на фосфатную группу, расположенную 5´ от AP-сайта. Затем электроны от одного из атомов кислорода в фосфатной группе движутся вниз, отталкивая один из других атомов кислорода, создавая свободную 5´-фосфатную группу в AP-сайте и свободную 3´-ОН в нормальном нуклеотиде, оба из которых стабилизируются Mg ²⁺ ион. ^{[ 1 ]}

Ингибирование APE1

Известные ингибиторы APE1 включают 7-нитроиндол-2-карбоновую кислоту (NCA) и лукантон . ^{[ 6 ]} Обе эти структуры содержат кольца, прикрепленные к коротким цепям, которые кажутся похожими на сахарное кольцо дезоксирибозы без присоединенного основания и фосфодиэфирной связи в ДНК. Кроме того, оба содержат множество акцепторов Н-связей, которые могут взаимодействовать с донорами Н-связей в активном сайте APE1, вызывая застревание этих ингибиторов в активном сайте и не позволяя ферменту катализировать другие реакции.

APE1 как химиопрофилактическая мишень

Поскольку APE1 выполняет важную функцию в пути восстановления оснований ДНК, он стал мишенью для исследователей, ищущих средства предотвращения выживания раковых клеток после химиотерапии. APE1 сам по себе необходим не только для создания разрыва в основной цепи ДНК, чтобы ферменты, участвующие позже в пути BER, могли распознавать AP-сайт, он также обладает окислительно-восстановительной функцией, которая помогает активировать другие ферменты, участвующие в восстановлении ДНК. Таким образом, нокдаун APE1 может привести к повышению чувствительности опухолевых клеток, тем самым предотвращая сохранение раковых клеток после химиотерапии. ^{[ 7 ]}

Активность фермента APE2

APE2 имеет гораздо более слабую эндонуклеазную активность AP, чем APE1, но его 3'-5'-экзонуклеазная активность выше по сравнению с APE1. ^{[ 8 ]} и он обладает довольно сильной 3'-фосфодиэстеразной активностью. ^{[ 4 ]}

3'-5'-экзонуклеазная активность APE2 обладает способностью гидролизовать дуплексную ДНК с тупыми концами, частичные ДНК-дуплексы с утопленным 3'-концом или одиночным нуклеотидным разрывом, содержащие гетеродуплексную ДНК. Активность 3'-фосфодиэстеразы APE2 может удалять модифицированные 3'-концы, такие как 3'-фосфогликолят, а также несовпадающие нуклеотиды с 3'-конца праймера ДНК. ^{[ 4 ]}

APE2 необходим для реакции на повреждение ДНК ATR-Chk1 после окислительного стресса.

Ссылки

Изображения молекулярной графики были созданы с использованием пакета UCSF Chimera из Ресурса биовычислений, визуализации и информатики Калифорнийского университета в Сан-Франциско (при поддержке NIH P41 RR-01081). ^{[ 9 ]}

^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Клиффорд Д. Мол; Тахиде Идзуми; Санкар Митра; Джон А. Тайнер (2000). «ДНК-связанные структуры и мутанты обнаруживают абазисное связывание ДНК путем репарации и координации ДНК APE1». Природа . 403 (6768): 451–456. дои : 10.1038/35000249 . PMID 10667800 . S2CID 4373743 .
^ Левин, Джошуа Д; Демпл, Брюс (1990). «Анализ апуриновых/апиримидиновых эндонуклеаз класса II (гидролитические) и класса I (бета-лиазы) с синтетическим ДНК-субстратом» . Исследования нуклеиновых кислот . 18 (17): 5069–75. дои : 10.1093/нар/18.17.5069 . ПМК 332125 . ПМИД 1698278 .
^ Гэри М. Майлз; Азиз Санджар (1989). «Ремонт ДНК». Химические исследования в токсикологии . 2 (4): 197–226. дои : 10.1021/tx00010a001 . ПМИД 2519777 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Буркович П., Шукацов В., Унк И., Харачка Л. (2006). «Белок человека Ape2 обладает 3'-5'-экзонуклеазной активностью, которая действует преимущественно на несовпадающие пары оснований» . Нуклеиновые кислоты Рез . 34 (9): 2508–15. дои : 10.1093/нар/gkl259 . ПМЦ 1459411 . ПМИД 16687656 .
^ Джордж Тибор; Дина Р. Маренсейн; Дэвид М. Уилсон III (2004). «Эндонуклеаза AP человека (APE1) демонстрирует эндонуклеолитическую активность против сайтов AP в одноцепочечной ДНК». Восстановление ДНК . 3 (5): 527–533. дои : 10.1016/j.dnarep.2004.01.010 . ПМИД 15084314 .
^ Марк Р. Келли; Мелисса Л. Фишел (2007). «Белок эксцизионной репарации основания ДНК Ape1 / Ref-1 как терапевтическая и химиопрофилактическая мишень». Молекулярные аспекты медицины . 28 (3–4): 375–395. дои : 10.1016/j.mam.2007.04.005 . ПМИД 17560642 .
^ Марк Р. Келли; Мэйхуа Ло; Сара Делафлейн; Айхуа Цзян; Эйприл Рид; Ин Хэ; Мелисса Фишел; Родни Л. Ниланд II; Ричард Ф. Брох; Сидзокси Цяо; Милли М. Георгиадис (2008). «Роль многофункционального восстановления ДНК и окислительно-восстановительного сигнального белка Ape1/Ref-1 в раковых и эндотелиальных клетках: низкомолекулярное ингибирование окислительно-восстановительной функции Ape1» . Антиоксиданты и окислительно-восстановительная сигнализация . 10 (11): 1–12. дои : 10.1089/ars.2008.2120 . ПМЦ 2587278 . ПМИД 18627350 .
^ Ставнезер Дж., Линехан Е.К., Томпсон М.Р., Хаббуб Г., Учер А.Дж., Кадунгуре Т., Цучимото Д., Накабеппу Ю., Шрейдер К.Э. (2014). «Дифференциальная экспрессия APE1 и APE2 в зародышевых центрах способствует склонной к ошибкам репарации и мутациям A:T во время соматической гипермутации» . Учеб. Натл. акад. наук. США . 111 (25): 9217–22. дои : 10.1073/pnas.1405590111 . ПМК 4078814 . ПМИД 24927551 .
^ Э. Ф. Петтерсен; Т.Д. Годдард; СС Хуан; GS Диван; Д.М. Гринблат; ЕС Мэн; Т.Е. Феррин (2004). «UCSF Chimera — система визуализации для поисковых исследований и анализа» (PDF) . Дж. Компьютер. Хим . 25 (13): 1605–1612. дои : 10.1002/jcc.20084 . ПМИД 15264254 . S2CID 8747218 .

Внешние ссылки

Базовое определение эндонуклеазы AP. Архивировано 20 июня 2010 г. в Wayback Machine.
Семейство 1 эндонуклеаз AP в PROSITE
Семейство 2 эндонуклеаз AP в PROSITE
Применение при иссеченном ремонте с использованием длинной заплатки. Архивировано 29 сентября 2007 г. в Wayback Machine.
Очистка и характеристика апуриновой/апиримидиновой эндонуклеазы из клеток HeLa. Архивировано 29 сентября 2007 г. в Wayback Machine.

[Moi-1] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Клиффорд Д. Мол; Тахиде Идзуми; Санкар Митра; Джон А. Тайнер (2000). «ДНК-связанные структуры и мутанты обнаруживают абазисное связывание ДНК путем репарации и координации ДНК APE1». Природа . 403 (6768): 451–456. дои : 10.1038/35000249 . PMID 10667800 . S2CID 4373743 .

[2] Левин, Джошуа Д; Демпл, Брюс (1990). «Анализ апуриновых/апиримидиновых эндонуклеаз класса II (гидролитические) и класса I (бета-лиазы) с синтетическим ДНК-субстратом» . Исследования нуклеиновых кислот . 18 (17): 5069–75. дои : 10.1093/нар/18.17.5069 . ПМК 332125 . ПМИД 1698278 .

[Myles-3] Гэри М. Майлз; Азиз Санджар (1989). «Ремонт ДНК». Химические исследования в токсикологии . 2 (4): 197–226. дои : 10.1021/tx00010a001 . ПМИД 2519777 .

[Burkovics-4] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Буркович П., Шукацов В., Унк И., Харачка Л. (2006). «Белок человека Ape2 обладает 3'-5'-экзонуклеазной активностью, которая действует преимущественно на несовпадающие пары оснований» . Нуклеиновые кислоты Рез . 34 (9): 2508–15. дои : 10.1093/нар/gkl259 . ПМЦ 1459411 . ПМИД 16687656 .

[Teebor-5] Джордж Тибор; Дина Р. Маренсейн; Дэвид М. Уилсон III (2004). «Эндонуклеаза AP человека (APE1) демонстрирует эндонуклеолитическую активность против сайтов AP в одноцепочечной ДНК». Восстановление ДНК . 3 (5): 527–533. дои : 10.1016/j.dnarep.2004.01.010 . ПМИД 15084314 .

[Kelley2-6] Марк Р. Келли; Мелисса Л. Фишел (2007). «Белок эксцизионной репарации основания ДНК Ape1 / Ref-1 как терапевтическая и химиопрофилактическая мишень». Молекулярные аспекты медицины . 28 (3–4): 375–395. дои : 10.1016/j.mam.2007.04.005 . ПМИД 17560642 .

[Kelley-7] Марк Р. Келли; Мэйхуа Ло; Сара Делафлейн; Айхуа Цзян; Эйприл Рид; Ин Хэ; Мелисса Фишел; Родни Л. Ниланд II; Ричард Ф. Брох; Сидзокси Цяо; Милли М. Георгиадис (2008). «Роль многофункционального восстановления ДНК и окислительно-восстановительного сигнального белка Ape1/Ref-1 в раковых и эндотелиальных клетках: низкомолекулярное ингибирование окислительно-восстановительной функции Ape1» . Антиоксиданты и окислительно-восстановительная сигнализация . 10 (11): 1–12. дои : 10.1089/ars.2008.2120 . ПМЦ 2587278 . ПМИД 18627350 .

[pmid24927551-8] Ставнезер Дж., Линехан Е.К., Томпсон М.Р., Хаббуб Г., Учер А.Дж., Кадунгуре Т., Цучимото Д., Накабеппу Ю., Шрейдер К.Э. (2014). «Дифференциальная экспрессия APE1 и APE2 в зародышевых центрах способствует склонной к ошибкам репарации и мутациям A:T во время соматической гипермутации» . Учеб. Натл. акад. наук. США . 111 (25): 9217–22. дои : 10.1073/pnas.1405590111 . ПМК 4078814 . ПМИД 24927551 .

[Pettersen-9] Э. Ф. Петтерсен; Т.Д. Годдард; СС Хуан; GS Диван; Д.М. Гринблат; ЕС Мэн; Т.Е. Феррин (2004). «UCSF Chimera — система визуализации для поисковых исследований и анализа» (PDF) . Дж. Компьютер. Хим . 25 (13): 1605–1612. дои : 10.1002/jcc.20084 . ПМИД 15264254 . S2CID 8747218 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]