Jump to content

Элемент раскручивания ДНК

ДНК раскручивается в DUE, позволяя сформировать репликационную вилку для репликации ДНК.

Элемент раскручивания ДНК ( DUE или DNAUE ) является местом инициации открытия структуры двойной спирали ДНК в начале репликации для синтеза ДНК . [ 1 ] Он богат АТ и легко денатурирует из-за своей низкой спиральной стабильности. [ 2 ] что позволяет распознавать одноцепочечную область комплексом распознавания происхождения .

DUE обнаружены как в прокариотических , так и в эукариотических организмах, но впервые были обнаружены у дрожжей и бактерий Хуангом Ковальским. [ 3 ] [ 4 ] Раскручивание ДНК открывает доступ механизму репликации к новым одиночным нитям. [ 1 ] У эукариот DUE являются местом связывания белков, связывающих элементы раскручивания ДНК (DUE-B), необходимых для инициации репликации. [ 3 ] У прокариот DUE обнаружены в виде тандемных консенсусных последовательностей, фланкирующих 5'-конец домена связывания ДНК. [ 2 ] Акт раскручивания этих богатых АТ элементов происходит даже в отсутствие каких-либо связывающих белков из-за отрицательных сил суперспирализации , что делает его энергетически выгодным действием. [ 2 ] DUE обычно обнаруживаются в пределах 30–100 п.н. от начала репликации. [ 4 ] [ 5 ]

Специфическое раскручивание DUE позволяет инициировать сборку комплекса в месте репликации одноцепочечной ДНК, как обнаружил Хуан Ковальски. [ 4 ] ДНК -хеликаза и связанные с ней ферменты теперь могут связываться с развернутой областью, создавая начало репликационной вилки . Раскручивание этой области дуплексной нити связано с низкой потребностью в свободной энергии из-за спиральной нестабильности, вызванной специфическими взаимодействиями укладки оснований в сочетании с противодействием сверхспирализации. [ 4 ] [ 6 ] Отрицательная сверхспирализация позволяет ДНК оставаться стабильной при плавлении, что обусловлено уменьшением скручивающего напряжения. [ 5 ] Обнаружен в источниках репликации как бактерий, так и дрожжей, а также присутствует у некоторых млекопитающих. [ 5 ] Установлено, что длина составляет от 30 до 100 пар оснований. [ 4 ] [ 5 ]

Прокариоты

[ редактировать ]

У прокариот большую часть времени репликация ДНК происходит из одного источника репликации на одной цепи последовательности ДНК. Независимо от того, является ли этот геном линейным или кольцевым, у бактерий есть собственный механизм, необходимый для репликации. [ 7 ]

белок DnaA . У бактерий инициатором репликации является [ 8 ] Он загружается в oriC в последовательность бокса DnaA, где он связывает и собирает нити, чтобы открыть дуплекс и рекрутировать хеликазу DnaB с помощью DnaC . ДНКА высококонсервативна и имеет два ДНК-связывающих домена. Прямо перед этим блоком ДНКА находятся три тандемные 13-мерные последовательности. Эти тандемные последовательности, обозначенные L, M, R от 5' до 3', представляют собой бактериальные DUE. Две из трех этих богатых АТ областей (M и R) раскручиваются при связывании DnaA с блоком DnaA из-за непосредственной близости к раскручивающемуся дуплексу. Последняя 13-мерная последовательность L, наиболее удаленная от этого бокса ДНК, в конечном итоге разматывается, когда ее окружает хеликаза DnaB. Это образует репликационный пузырь для продолжения репликации ДНК. [ 2 ]

Археи используют более простой гомолог комплекса распознавания эукариотического происхождения , чтобы найти начало репликации, в последовательностях, называемых полем распознавания начала (ORB). [ 9 ]

Благоприятность

[ редактировать ]

Раскручивание этих трех DUE является необходимым шагом для инициации репликации ДНК. Дистанционное притяжение от плавления дуплекса в последовательности бокса ДНК-это то, что индуцирует дальнейшее плавление в сайтах M и R DUE. Затем более удаленный сайт L раскручивается за счет связывания DnaB. Раскручивание этих 13-мерных сайтов не зависит от oriC-связывающих белков. Именно возникновение отрицательной суперспирали вызывает раскручивание. [ 2 ]

Скорость раскручивания ДНК в трех DUE E. coli экспериментально сравнивали с помощью спектроскопии ядерного резонанса. В физиологических условиях эффективность открытия каждой из последовательностей, богатых АТ, отличалась друг от друга. Во многом из-за разных отдаленно окружающих последовательностей. [ 2 ]

Кроме того, было обнаружено, что плавление пар оснований AT/TA происходит намного быстрее, чем плавление пар GC/CG (15–240 с). −1 против ~20 с. −1 ). Это подтверждает идею о том, что последовательности AT имеют эволюционное преимущество в элементах DUE из-за их легкости раскручивания. [ 2 ]

Последовательность консенсуса

[ редактировать ]

Три 13-мерные последовательности, идентифицированные как DUE в E. coli , хорошо консервативны в начале репликации всех документированных кишечных бактерий . Общая консенсусная последовательность была получена путем сравнения консервативных бактерий с образованием последовательности из 11 оснований. ГАТЦТТТТТТ . E. coli содержит 9 оснований консенсусной последовательности из 11 оснований в своем oriC в пределах 13-мерных последовательностей. Эти последовательности обнаруживаются исключительно в одном месте начала репликации; а не где-либо еще в последовательности генома. [ 2 ]

Эукариоты

[ редактировать ]

Механизмы репликации эукариот работают аналогично механизмам репликации прокариот, но находятся под более тонкой регуляцией. [ 10 ] Необходимо гарантировать, что каждая молекула ДНК реплицируется только один раз и что это происходит в нужном месте и в нужное время. [ 7 ] Действует в ответ на внеклеточные сигналы, которые координируют начало деления, по-разному в разных тканях. Внешние сигналы запускают репликацию в S-фазе посредством продукции циклинов , которые активируют циклин-зависимые киназы (CDK) с образованием комплексов. [ 10 ]

Репликация ДНК у эукариот инициируется после связывания комплекса распознавания происхождения (ORC) с источником. Это происходит в G1 , фазе клетки служащей для перехода клеточного цикла в фазу S. Это связывание позволяет в дальнейшем связывать факторы для создания пререпликативного комплекса (пре-RC). Pre-RC инициируется, когда с ним связываются циклинзависимая киназа (CDK) и Dbf4-зависимая киназа (DDK). Затем инициирующие комплексы позволяют рекрутировать активатор хеликазы MCM Cdc45 и последующее раскручивание дуплекса в начале. [ 10 ] [ 11 ]

Репликация у эукариот инициируется в нескольких участках последовательности, одновременно образуя несколько вилок репликации . Такая эффективность необходима для больших геномов, которые им необходимо реплицировать. [ 10 ]

У эукариот нуклеосомные структуры могут затруднять инициацию репликации. [ 4 ] Они могут блокировать доступ DUE-B к DUE, подавляя тем самым инициацию транскрипции. [ 4 ] Может помешать скорости. Однако линейная природа эукариотической ДНК по сравнению с прокариотической кольцевой ДНК облегчает раскручивание ее дуплекса, если он правильно размотан из нуклеосомы. [ 4 ] Активность DUE можно модулировать факторами транскрипции, такими как ABF1. [ 4 ]

Распространенной модельной системой дрожжей, которая хорошо представляет репликацию эукариот, является Saccharomyces cerevisiae . [ 12 ] Он обладает автономно реплицирующими последовательностями (ARS), которые хорошо трансформируются и сохраняются в плазмиде. Считается, что некоторые из этих ARS действуют как точки начала репликации. Эти ARS состоят из трех доменов A, B и C. Домен A — это место, где согласован ARS. [ 5 ] Последовательность находится, придумал ACS. Домен B содержит DUE. Наконец, домен C необходим для облегчения белок-белковых взаимодействий . [ 12 ] ARS обнаружены распределенными по 16 хромосомам, повторяющимися каждые 30–40 т.п.н. [ 12 ]

У разных видов эти последовательности ARS вариабельны, но их домены A, B и C хорошо консервативны. [ 12 ] Любые изменения в DUE (домен B) приводят к снижению общей функции ARS в целом при инициации репликации. Это было обнаружено в ходе исследований с использованием иминообмена и ЯМР-спектроскопии . [ 2 ]

Млекопитающие

[ редактировать ]

На сегодняшний день DUE обнаружены в некоторых источниках репликации млекопитающих. В общем, очень мало источников репликации у млекопитающих были хорошо проанализированы, поэтому трудно определить, насколько распространены DUE в их определенных источниках репликации. [ 5 ]

Человеческие клетки до сих пор имеют очень мало подробностей об их происхождении. [ 5 ] Известно, что репликация инициируется в больших областях зоны инициации, связанных с известными белками, такими как ген c-myc и β-глобин. Считается, что клетки с DUE действуют почти так же, как дрожжевые клетки. [ 5 ]

, связанный с происхождением плазмид в клетках млекопитающих, Обнаружено, что SV40 связан с гексамером T-ag, который вызывает противоположную суперспирализацию для увеличения благоприятности раскручивания цепи. [ 4 ]

Млекопитающие с DUE продемонстрировали способность к структурообразованию, которая обеспечивает одноцепочечную стабильность раскрученной ДНК. К ним относятся крестоформы , внутримолекулярные триплексы и многое другое. [ 5 ]

DUE-связывающие белки

[ редактировать ]

Белки элементов раскручивания ДНК (DUE-B) обнаружены у эукариот. [ 3 ]

Они действуют, инициируя разделение цепей путем связывания с DUE. [ 3 ] Гомологи последовательности DUE-B обнаружены у различных видов животных: рыб, амфибий и грызунов. [ 3 ] DUE-B имеют неупорядоченные C-концевые домены, которые связываются с DUE путем узнавания этого C-конца. [ 3 ] Никакая другая специфичность последовательности не участвует в этом взаимодействии. [ 3 ] Подтверждено индуцированием мутаций по длине последовательности DUE-B, но во всех случаях способность к димеризации остается неизменной. [ 3 ] При связывании ДНК С-конец становится упорядоченным, что обеспечивает большую устойчивость к деградации протеазой . [ 3 ] Всего DUE-B состоит из 209 остатков, 58 из которых неупорядочены до тех пор, пока не связываются с DUE. [ 3 ] DUE-B гидролизует АТФ, чтобы функционировать. [ 3 ] Также обладают последовательностью, сходной с аминоацил-тРНК-синтетазой , и ранее были классифицированы как таковые. [ 13 ] DUE-B образуют гомодимеры , которые создают расширенную вторичную структуру бета-листа, проходящую через него. [ 3 ] Два из этих гомодимеров собираются вместе, образуя общую асимметричную структуру DUE-B. [ 3 ]

При формировании пре-RC Cdc45 локализуется в DUE и проявляет активность посредством взаимодействия с DUE-B. [ 11 ] Разрешение дуплексного раскручивания и инициации репликации. [ 11 ]

У людей DUE-B на 60 аминокислот длиннее, чем его дрожжевые аналоги -ортологи . [ 13 ] Оба локализуются преимущественно в ядре. [ 13 ]

Уровни DUE-B находятся в постоянном количестве, независимо от клеточного цикла. [ 13 ] Однако в S-фазе DUE-B могут временно фосфорилироваться, чтобы предотвратить преждевременную репликацию. [ 13 ] Активность DUE-B контролируется ковалентно. [ 13 ] Сборка этих DUE-B в регионах DUE зависит от локальной активности киназы и фосфатазы. [ 13 ] DUE-B также могут подавляться siRNA и участвуют в расширенных стадиях G1 . [ 13 ]

Последствия мутации

[ редактировать ]

Мутации, нарушающие раскручивание сайтов DUE, непосредственно препятствуют активности репликации ДНК. [ 14 ] Это может быть результатом делеций/изменений в области DUE, добавления реактивных реагентов или добавления специфической нуклеазы . [ 4 ] Однако сайты DUE относительно нечувствительны к точечным мутациям , сохраняя свою активность при изменении оснований в сайтах связывания белков. [ 4 ] Во многих случаях активность DUE можно частично восстановить за счет повышения температуры. [ 4 ] Также можно восстановить, повторно добавив сайт DUE. [ 3 ]

Если существует достаточно серьезная мутация DUE, из-за которой он больше не связывается с DUE-B, Cdc45 не может ассоциироваться и не будет связываться с фактором транскрипции c-myc. Это можно восстановить с помощью расширения длины последовательности DUE, связанного с заболеванием (ATTCT)(n). Если активность DUE восстановится в избытке, это может привести к нарушению регуляции образования источника и прогрессированию клеточного цикла. [ 11 ]

У эукариот, когда DUE-B нокаутированы, клетка не переходит в S-фазу своего цикла, где происходит репликация ДНК. усиление апоптоза . Результатом станет [ 3 ] Но активность можно спасти повторным добавлением DUE-B, даже от другого вида. Это связано с тем, что DUE-B гомологичны между видами. [ 3 ] Например, если DUE-B в яйце Xenopus мутирует, репликация ДНК не произойдет, но ее можно спасти путем добавления HeLa DUE-B для восстановления полной функциональности. [ 3 ]

  1. ^ Jump up to: а б Ковальски Д., Эдди М.Дж. (декабрь 1989 г.). «Элемент раскручивания ДНК: новый цис-действующий компонент, который облегчает открытие точки начала репликации Escherichia coli» . Журнал ЭМБО . 8 (13): 4335–44. дои : 10.1002/j.1460-2075.1989.tb08620.x . ПМК   401646 . ПМИД   2556269 .
  2. ^ Jump up to: а б с д и ж г час я Коман Д., Руссу И.М. (май 2005 г.). «Открытие пары оснований в трех элементах, раскручивающих ДНК» . Журнал биологической химии . 280 (21): 20216–21. дои : 10.1074/jbc.M502773200 . ПМИД   15784615 .
  3. ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к л м н тот п д Кемп М., Бае Б., Ю Дж.П., Гош М., Леффак М., Наир С.К. (апрель 2007 г.). «Структура и функция белка DUE-B, связывающего элемент ДНК c-myc» . Журнал биологической химии . 282 (14): 10441–8. дои : 10.1074/jbc.M609632200 . ПМИД   17264083 .
  4. ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к л м ДеПамфилис М.Л. (1993). «Репликация эукариотической ДНК: анатомия происхождения». Ежегодный обзор биохимии . 62 (1): 29–63. дои : 10.1146/annurev.bi.62.070193.000333 . ПМИД   8352592 .
  5. ^ Jump up to: а б с д и ж г час я Потаман В.Н., Питлос М.Дж., Хашем В.И., Бисслер Дж.Дж., Леффак М., Синден Р.Р. (2006). Уэллс Р.Д., Асидзава Т. (ред.). Генетическая нестабильность и неврологические заболевания (второе изд.). Берлингтон: Академическая пресса. стр. 447–460. дои : 10.1016/B978-012369462-1/50031-4 . ISBN  9780123694621 .
  6. ^ Натале Д.А., Шуберт А.Е., Ковальски Д. (апрель 1992 г.). «Спиральная стабильность ДНК объясняет мутационные дефекты в начале репликации дрожжей» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 89 (7): 2654–8. Бибкод : 1992PNAS...89.2654N . дои : 10.1073/pnas.89.7.2654 . ПМК   48720 . ПМИД   1557369 .
  7. ^ Jump up to: а б Зискинд Дж.В., Смит Д.В. (2001). Бреннер С., Миллер Дж. Х. (ред.). Энциклопедия генетики . Нью-Йорк: Академическая пресса. стр. 1381–1387. дои : 10.1006/rwgn.2001.0938 . ISBN  9780122270802 .
  8. ^ Чодаварапу С., Кагуни Дж. М. (01 января 2016 г.). «Инициация репликации у бактерий». В Кагуни Л.С., Оливейра М.Т. (ред.). Ферменты . Репликация ДНК среди таксонов. Том. 39. Академическая пресса. стр. 1–30. дои : 10.1016/bs.enz.2016.03.001 . ISBN  9780128047354 . ПМК   5551690 . ПМИД   27241926 .
  9. ^ Белл СД (2012). «Архейные белки Orc1/Cdc6». Эукариотическая реплисома: руководство по структуре и функциям белка . Субклеточная биохимия. Том. 62. С. 59–69. дои : 10.1007/978-94-007-4572-8_4 . ISBN  978-94-007-4571-1 . ПМИД   22918580 .
  10. ^ Jump up to: а б с д Бхагаван, Невада; Ха, Чон Ын (2015). Основы медицинской биохимии (второе изд.). Сан-Диего: Академическая пресса. стр. 401–417. ISBN  9780124166875 .
  11. ^ Jump up to: а б с д Чоудхури А., Лю Г., Кемп М., Чен Х, Катранги Н., Майерс С., Гош М., Яо Дж., Гао Ю., Бубуля П., Леффак М. (март 2010 г.). «Белок DUE-B, связывающий элемент раскручивания ДНК, взаимодействует с Cdc45 при образовании преинициативного комплекса» . Молекулярная и клеточная биология . 30 (6): 1495–507. дои : 10.1128/MCB.00710-09 . ПМЦ   2832489 . ПМИД   20065034 .
  12. ^ Jump up to: а б с д Дхар М.К., Сегал С., Каул С. (май 2012 г.). «Структура, эффективность репликации и хрупкость дрожжевых элементов ARS». Исследования в области микробиологии . 163 (4): 243–53. дои : 10.1016/j.resmic.2012.03.003 . ПМИД   22504206 .
  13. ^ Jump up to: а б с д и ж г час Каспер Дж. М., Кемп М. Г., Гош М., Рэндалл Г. М., Вайлант А., Леффак М. (апрель 2005 г.). «Белок, связывающий элемент раскручивания ДНК c-myc, модулирует сборку комплексов репликации ДНК in vitro» . Журнал биологической химии . 280 (13): 13071–83. дои : 10.1074/jbc.M404754200 . ПМИД   15653697 .
  14. ^ Умек Р.М., Ковальски Д. (ноябрь 1990 г.). «Элемент раскручивания ДНК в точке начала репликации дрожжей функционирует независимо от легко раскручивающихся последовательностей, присутствующих в других местах плазмиды» . Исследования нуклеиновых кислот . 18 (22): 6601–5. дои : 10.1093/нар/18.22.6601 . ПМК   332616 . ПМИД   2174542 .
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: c1e3095c39b7413d89813f5de9db68fb__1701603540
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/c1/fb/c1e3095c39b7413d89813f5de9db68fb.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
DNA unwinding element - 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.)