7.5: 손상통과 DNA 중합효소

Translesion DNA Polymerases
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Molecular Biology
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Translesion DNA Polymerases

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November 23, 2020

Overview

Translesion (TLS) polymerases rescue stalled DNA polymerases at sites of damaged bases by replacing the replicative polymerase and installing a nucleotide across the damaged site. Doing so, TLS allows additional time for the cell to repair the damage before resuming regular DNA replication.

TLS polymerases are found in all three domains of life – archaea, bacteria, and eukaryotes. Of the different classes of TLS polymerases, members of the Y family are fitted with specialized structures that are optimized to carry out TLS DNA synthesis.

Despite sharing structural similarities, Y family polymerases differ from replicative polymerases in certain key ways that allow them to perform TLS. Y family polymerases lack the intrinsic 3′-to-5′ exonuclease domain of replicative DNA polymerases that allows them to proofread the newly replicated strand. Another key difference is the larger and more open active site of Y family TLS polymerases that can fit bulky, chemically modified bases, including covalently linked bases in a thymine-thymine dimer.

During TLS DNA synthesis, TLS polymerase must extend the strand beyond the insertion across the damaged site. If the replicative polymerase is reinstated right after the TLS polymerase inserts a base, the 3’ to 5’ exonuclease proofreading activity of the replicative polymerase will recognize and remove the inserted base. The length of extension by the TLS polymerase depends on the pathway followed. For a non-mutagenic pathway, the number of insertion maybe 5, while for a frameshift pathway, the insertion will be 4 nucleotides-long.

Transcript

복제하는 동안 박테리아의 β-subunit 또는 진핵생물의 증식 세포 핵 항원(PCNA)인 슬라이딩 클램프는 가닥을 따라 이동할 때 중합효소를 DNA에 고정시켜 새로운 DNA 합성을 촉매합니다.

이 복제 중합효소가 손상된 염기 또는 영역에서 멈춰 있을 때, 특수 효소는 유비퀴틴 또는 SUMO 단백질을 추가하여 이 슬라이딩 클램프를 공유 변형합니다.이 변형은 복제 중합효소의 방출을 유발하고 클램프와의 상호 작용을 통해 Translesion DNA 중합효소 또는 TLS 중합효소라고 하는 특수 중합효소를 손상된 부위에 동원합니다.

다음으로, TLS 중합효소는 “Translesion DNA synthesis”라는 과정에서 손상된 부위에 뉴클레오타이드를 삽입합니다. 초기 DNA 사슬이 병변 너머로 확장되면 클램프에서 화학적 변형이 분리되고 TLS 중합효소가 세포의 복제 DNA 중합효소로 전환됩니다. 복제 중합효소의 결합으로 정확한 DNA 복제가 재개됩니다.

손상 복구와 달리 원래 DNA 염기서열은 복원되지 않으며 손상이나 병변은 여전히 DNA에 존재하므로 이 현상을 손상 내성으로 설명합니다.

복제 중에 일부 TLS 중합효소는 우연히 새로운 가닥에 올바른 뉴클레오티드를 추가할 수 있는 반면, 다른 중합효소는 돌연변이를 일으키는 오류가 발생하기 쉽습니다.병변의 유형에 따라 중합효소의 정확도가 결정되는 경우가 많습니다. 예를 들어, 오류가 염기성 부위인 경우 복제 중에 올바른 뉴클레오티드를 추가하기 위한 중합효소에 대한 코딩 정보가 없습니다.고세균에서 중합효소 Dpo4는 염기성 부위 반대편에 아데닌을 우선적으로 추가하지만 다른 중합효소는 유사한 병변을 다른 방식으로 고정할 수 있습니다.

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