7.5: 형질전환 DNA 중합효소

TLS(Translesion) 중합효소는 복제 중합효소를 교체하고 손상된 부위에 뉴클레오티드를 설치하여 손상된 염기 부위에서 정지된 DNA 중합효소를 구출합니다. 그렇게 하면 TLS는 정기적인 DNA 복제를 재개하기 전에 세포가 손상을 복구할 수 있는 추가 시간을 허용합니다.

TLS 중합효소는 고세균, 박테리아, 진핵생물 등 세 가지 생명체 영역 모두에서 발견됩니다. 다양한 클래스의 TLS 중합효소 중에서 Y 계열 구성원은 TLS DNA 합성을 수행하는 데 최적화된 특수 구조를 갖추고 있습니다.

구조적 유사성을 공유함에도 불구하고 Y 계열 중합효소는 TLS를 수행할 수 있는 특정 주요 방식에서 복제 중합효소와 다릅니다. Y 계열 중합효소에는 새로 복제된 가닥을 교정할 수 있는 복제 DNA 중합효소의 고유한 3'-to-5' 엑소뉴클레아제 도메인이 부족합니다. 또 다른 주요 차이점은 티민-티민 이량체의 공유 결합 염기를 포함하여 부피가 크고 화학적으로 변형된 염기에 적합할 수 있는 Y 계열 TLS 중합효소의 더 크고 더 개방적인 활성 부위입니다.

TLS DNA 합성 중에 TLS 중합효소는 손상된 부위를 가로질러 삽입된 부분을 넘어 가닥을 확장해야 합니다. TLS 중합효소가 염기를 삽입한 직후 복제 중합효소가 복원되면 복제 중합효소의 3'에서 5' 엑소뉴클레아제 교정 활성이 삽입된 염기를 인식하고 제거합니다. TLS 중합효소에 의한 확장 길이는 따라가는 경로에 따라 달라집니다. 비돌연변이 경로의 경우 삽입 횟수는 5개일 수 있지만 프레임 이동 경로의 경우 삽입 길이는 4개 뉴클레오티드입니다.

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.