WikiSort.ru - Не сортированное

ПОИСК ПО САЙТУ | о проекте
Дезоксирибонуклеаза V
Кристаллографическая структура фермента RecBCD. Субъединицы фермента, RecB, RecC и RecD, окрашены в голубой, зеленый и пурпурный цвет соответственно, а частично расплетенная спираль ДНК - в коричневый.
Идентификаторы
Шифр КФ 3.1.11.5
Номер CAS 37350-26-8
Базы ферментов
IntEnz IntEnz view
BRENDA BRENDA entry
ExPASy NiceZyme view
MetaCyc metabolic pathway
KEGG KEGG entry
PRIAM profile
PDB structures RCSB PDB PDBe PDBj PDBsum
Поиск
PMC статьи
PubMed статьи
NCBI NCBI proteins
CAS 37350-26-8

RecBCD (экзонуклеаза V, RecBC-дезоксирибонуклеаза) — фермент бактерии E. coli, инициирующий процесс гомологичной репарации двух- и одноцепочечных повреждений молекулы ДНК, возникающих в результате ионизирующего излучения, ошибок в процессе репликации, ошибок в работе эндонуклеазы или в результате оксидативного стресса[1][2]. RecBCD — это одновременно и хеликаза, раскручивающая ДНК-спираль и нуклеаза, которая её разрезает[3].

Структура

RecBCD представляет собой белковый комплекс, состоящий из трех разных субъединиц: RecB, RecC, и RecD. До обнаружения гена RecD[4], фермент был известен как RecBC. Каждая субъединица кодируется отдельным геном:

Ген Цепь Белок Функция
RecB бета P08394 3'-5' хеликаза, нуклеаза
RecC гамма P07648 распознает Chi-сайт (точку рекомбинации)
RecD Альфа P04993 5'-3' хеликаза

Функция

Рис. 2 АТФ-зависимый путь гомологической рекомбинации с участием RecBCD.

RecD и RecC — хеликазы, то есть энергозависимые машины, расплетающие ДНК или, в некоторых случаях, РНК, при этом RecB исполняет ещё и функцию нуклеазы.[5] RecC, третья субъединица RecBCD-комплекса, распознает определенную последовательность в ДНК, а именно 5'-GCTGGTGG-3', известную как Chi-сайт (иногда обозначается греческой буквой χ), по которой происходит разрезание ДНК на этапе завершения рекомбинации.

RecBCD необычен тем, что обе его хеликазы движутся вдоль цепи с разной скоростью[6], а также тем, что распознаёт конкретный фрагмент ДНК (Х сайт)[7][8]. RecBCD связывается с конецом двухцепочечной ДНК и начинает расплетать её, при этом RecD движется от 5'-конца к 3'-концу, а RecB наоборот. В ходе движения за RecBCD остаются две расплетённые цепи ДНК, которые «схлопываются» в петлю, а так как RecB движется медленнее, чем RecD, петля последнего растет быстрее (Рис. 2); образовавшуюся структуру в виде RecBCD-комплекса, движущегося вдоль цепи с двумя петлями позади себя иногда, по причине внешнего сходства, называют «кроличьи уши»[9].

Механизм действия

Рис. 3 начало RecBCD-пути гомологичной рекомбинации в условиях избытка Mg2+.

Во время раскручивания ДНК, как нуклеазная субъединица RecB может действовать по-разному, в зависимости от условий реакции, в частности, в зависимости от концентрации ионов Mg2+ и АТФ. (1) Если АТФ в избытке, фермент просто делает надрез на цепи, содержащей Chi-сайт (Рис. 2)[10]. Раскручивание цепи продолжается и образуется 3'-хвост с Chi-сайтом, на который может садится белок RecA, способствующие внедрению этого хвоста в хромосому-шаблон и обмена с ней цепями[11]. Опознающая Chi-сайт субъединицы комплекса RecBCD, не взаимодействует с другими последовательностями и фермент вскоре распадается на субъединицы, оставаясь неактивным в течение часа или более[12].(2) Если в избытке находятся ионы Mg2+, RecBCD, как эндонуклеаза, расщепляет обе нити ДНК, хотя 5'-нить расщепляется реже (рис. 3)[13]. Когда RecBCD встречает Chi-сайт, раскручивание останавливается и разрушение 3'-цепи прекращается[14]. Продолжая расплетать ДНК, RecBCD сразу же разрезает противоположную цепь (то есть 5' хвост)[15][16] и присоединяет белок RecA к 3’-цепи[11]. После завершения этого процесса на одной молекуле ДНК, фермент повторяет его снова, быстро перескакивая на новую молекулу.

Хотя реакции не были проверены с помощью анализа ДНК в самих клетках ввиду их скоротечности, генетические данные показывают, что первая реакция более всего подобна тому, что происходит в клетке[1]. Например, мутантные RecBCD, лишённые детектирующей активности сохраняют высокую Chi-сайт активность в клетках и вносят однодневной разрыв в последовательность Chi за пределами клеток<[17]. Chi-сайт на одной молекуле ДНК в клетках подавляет активность Chi-сайта на другой, что, возможно, отражает Chi-зависимую дефрагментацию RecBCD, которая наблюдается в пробирке в условиях избытка АТФ и повреждения ДНК в области Chi-сайта[18][19]. .

При обоих условиях реакции, 3'-конец остается интактной после Chi, рядом с которым идет активная загрузка RecA-белков на цепь[11]. В какой-то неопределенный момент RecBCD распадается, хотя может расплести по крайней мере 60 Кб ДНК, оставаясь целым. RecA инициирует обмен нитями ДНК с идентичной или почти идентичной молекулой-шаблоном; этот обмен создает структуру, известную как D-петля. (Рис. 2). Образовавшаяся структура из двух ДНК-дуплексов с перекрестными нитями может быть разрешена двумя способами: либо внедренная в шаблон 3'-нить с Chi-сайтом послужит праймером для начала синтеза ДНК, либо произойдет расщепление D-петли с образованием структуры Холлидея. В свою очередь, Структура Холлидея разрешается RuvABC-комплексом или посредством RecG белка. Каждое из этих событий ведет к появлению целой ДНК, которая отличается от родительских новыми комбинациями генов. Этот процесс, известный как гомологичная рекомбинация, завершает репарацию двухцепочечного повреждения.

Практическое использование

RecBCD используется в исследованиях методом одномолекулярной флуоресценции[en] (биотехнология, используемая для измерения расстояния в масштабах 1-10 нанометров), чтобы лучше понять функцию ДНК-белковых взаимодействий[20]. Фермент также полезен для очистки кольцевых плазмид от линейной одно- и двухцепочечной ДНК, так как проявляет нуклеазную активность только при наличии конца молекулы.

Примечания

  1. 1 2 Smith GR (June 2012). “How RecBCD Enzyme and Chi Promote DNA Break Repair and Recombination: a Molecular Biologist's View”. Microbiol Mol Biol Rev. 76 (2): 217—28. DOI:10.1128/MMBR.05026-11. PMID 22688812.
  2. ↑ Spies M, Kowalczykowski SC. Homologous recombination by RecBCD and RecF pathways // Bacterial Chromosomes / Higgins P. — Washington, D.C : ASM Press, 2003. — P. 389–403. — ISBN 1-55581-232-5.
  3. ↑ Singleton MR, Dillingham MS, Gaudier M, Kowalczykowski SC, Wigley DB (November 2004). “Crystal structure of RecBCD enzyme reveals a machine for processing DNA breaks”. Nature. 432 (7014): 187—93. DOI:10.1038/nature02988. PMID 15538360.
  4. ↑ Amundsen SK, Taylor AF, Chaudhury AM, Smith GR (August 1986). “recD: the gene for an essential third subunit of exonuclease V.”. Proc Natl Acad Sci U S A. 83 (15): 5558—62. DOI:10.1073/pnas.83.15.5558. PMC 386327. PMID 3526335.
  5. ↑ Yu M, Souaya J, Julin DA (February 1998). “The 30-kDa C-terminal domain of the RecB protein is critical for the nuclease activity, but not the helicase activity, of the RecBCD enzyme from Escherichia coli”. Proc Natl Acad Sci U S A. 95 (3): 981—6. DOI:10.1073/pnas.95.3.981. PMC 18645. PMID 9448271.
  6. ↑ Taylor AF, Smith GR (June 2003). “RecBCD enzyme is a DNA helicase with fast and slow motors of opposite polarity”. Nature. 423 (6942): 889—93. DOI:10.1038/nature01674. PMID 12815437.
  7. ↑ Taylor AF, Smith GR (June 1992). “RecBCD enzyme is altered upon cutting DNA at a Chi recombination hotspot”. Proc Natl Acad Sci U S A. 89 (12): 5226—30. DOI:10.1073/pnas.89.12.5226. PMC 49264. PMID 1535156.
  8. ↑ Amundsen SK, Taylor AF, Reddy M, Smith GR (December 2007). “Intersubunit signaling in RecBCD enzyme, a complex protein machine regulated by Chi hot spots”. Genes Dev. 21 (24): 3296—307. DOI:10.1101/gad.1605807. PMC 2113030. PMID 18079176.
  9. ↑ Taylor A, Smith GR (November 1980). “Unwinding and rewinding of DNA by the RecBC enzyme”. Cell. 22 (2 Pt 2): 447—57. DOI:10.1016/0092-8674(80)90355-4. PMID 6256081.
  10. ↑ Taylor AF, Schultz DW, Ponticelli AS, Smith GR (May 1985). “RecBC enzyme nicking at Chi sites during DNA unwinding: location and orientation-dependence of the cutting”. Cell. 41 (1): 153—63. DOI:10.1016/0092-8674(85)90070-4. PMID 3888405.
  11. 1 2 3 Anderson DG, Kowalczykowski SC (July 1997). “The translocating RecBCD enzyme stimulates recombination by directing RecA protein onto ssDNA in a Chi-regulated manner”. Cell. 90 (1): 77—86. DOI:10.1016/S0092-8674(00)80315-3. PMID 9230304.
  12. ↑ Taylor AF, Smith GR (April 1999). “Regulation of homologous recombination: Chi inactivates RecBCD enzyme by disassembly of the three subunits”. Genes Dev. 13 (7): 890—900. DOI:10.1101/gad.13.7.890. PMC 316601. PMID 10197988.
  13. ↑ Dixon DA, Kowalczykowski SC (April 1993). “The recombination hotspot Chi is a regulatory sequence that acts by attenuating the nuclease activity of the E. coli RecBCD enzyme”. Cell. 73 (1): 87—96. DOI:10.1016/0092-8674(93)90162-J. PMID 8384931.
  14. ↑ Spies M, Amitani I, Baskin RJ, Kowalczykowski SC (November 2007). “RecBCD enzyme switches lead motor subunits in response to Chi recognition”. Cell. 131 (4): 694—705. DOI:10.1016/j.cell.2007.09.023. PMC 2151923. PMID 18022364.
  15. ↑ Taylor AF, Smith GR (October 1995). “Strand specificity of nicking of DNA at Chi sites by RecBCD enzyme. Modulation by ATP and magnesium levels”. J Biol Chem. 270 (41): 24459—67. DOI:10.1074/jbc.270.41.24459. PMID 7592661.
  16. ↑ Anderson DG, Kowalczykowski SC (March 1997). “The recombination hot spot chi is a regulatory element that switches the polarity of DNA degradation by the RecBCD enzyme”. Genes Dev. 11 (5): 571—81. DOI:10.1101/gad.11.5.571. PMID 9119222.
  17. ↑ Amundsen SK, Smith GR (January 2007). “Chi hotspot activity in Escherichia coli without RecBCD exonuclease activity: implications for the mechanism of recombination”. Genetics. 175 (1): 41—54. DOI:10.1534/genetics.106.065524. PMC 1774988. PMID 17110484.
  18. ↑ Köppen A, Krobitsch S, Thoms B, Wackernagel W (July 1995). “Interaction with the recombination hot spot Chi in vivo converts the RecBCD enzyme of Escherichia coli into a Chi-independent recombinase by inactivation of the RecD subunit”. Proc Natl Acad Sci U S A. 92 (14): 6249—53. DOI:10.1073/pnas.92.14.6249. PMC 41495. PMID 7541534.
  19. ↑ Myers RS, Kuzminov A, Stahl FW (July 1995). “The recombination hot spot Chi activates RecBCD recombination by converting Escherichia coli to a recD mutant phenocopy”. Proc Natl Acad Sci U S A. 92 (14): 6244—8. DOI:10.1073/pnas.92.14.6244. PMC 41494. PMID 7603978.
  20. ↑ Bianco PR, Brewer LR, Corzett M, Balhorn R, Yeh Y, Kowalczykowski SC, Baskin RJ (January 2001). “Processive translocation and DNA unwinding by individual RecBCD enzyme molecules”. Nature. 409 (6818): 374—8. DOI:10.1038/35053131. PMID 11201750.

Ссылки

Данная страница на сайте WikiSort.ru содержит текст со страницы сайта "Википедия".

Если Вы хотите её отредактировать, то можете сделать это на странице редактирования в Википедии.

Если сделанные Вами правки не будут кем-нибудь удалены, то через несколько дней они появятся на сайте WikiSort.ru .



Текст в блоке "Читать" взят с сайта "Википедия" и доступен по лицензии Creative Commons Attribution-ShareAlike; в отдельных случаях могут действовать дополнительные условия.

Другой контент может иметь иную лицензию. Перед использованием материалов сайта WikiSort.ru внимательно изучите правила лицензирования конкретных элементов наполнения сайта.

2019-2025
WikiSort.ru - проект по пересортировке и дополнению контента Википедии