7.5: Polimeraza DNA

Polimerazy (TLS) ratują zatrzymane polimerazy DNA w miejscach uszkodzonych zasad, zastępując replikacyjną polimerazę i instalując nukleotyd w uszkodzonym miejscu. W ten sposób TLS daje komórce dodatkowy czas na naprawę uszkodzeń przed wznowieniem regularnej replikacji DNA.

Polimerazy TLS występują we wszystkich trzech domenach życia – archeonach, bakteriach i eukariontach. Spośród różnych klas polimeraz TLS członkowie rodziny Y są wyposażeni w wyspecjalizowane struktury zoptymalizowane do przeprowadzania syntezy DNA TLS.

Pomimo wspólnych podobieństw strukturalnych, polimerazy z rodziny Y różnią się od polimeraz replikacyjnych pod pewnymi względami, które pozwalają im wykonywać TLS. Polimerazom z rodziny Y brakuje wewnętrznej domeny egzonukleazy 3′ do 5′ replikacyjnych polimeraz DNA, która umożliwia im korektę nowo zreplikowanej nici. Inną kluczową różnicą jest większe i bardziej otwarte miejsce aktywne polimeraz TLS z rodziny Y, które może pasować do nieporęcznych, chemicznie modyfikowanych zasad, w tym kowalencyjnie połączonych zasad w dimerze tyminowo-tyminowym.

Podczas syntezy DNA TLS polimeraza TLS musi rozciągać nić poza miejsce insercji w uszkodzonym miejscu. Jeśli replikacyjna polimeraza zostanie przywrócona zaraz po wstawieniu zasady przez polimerazę TLS, aktywność korygująca egzonukleazy 3' do 5' polimerazy replikacyjnej rozpozna i usunie wprowadzoną zasadę. Długość wydłużania przez polimerazę TLS zależy od podążanej ścieżki. W przypadku szlaku niemutagennego liczba insercji może wynosić 5, podczas gdy w przypadku szlaku przesunięcia ramki odczytu insercja będzie miała długość 4 nukleotydów.

Podczas replikacji przesuwany zacisk, który jest podjednostką β u bakterii lub antygenem jądrowym proliferującym komórkę - PCNA - u eukariontów, łączy polimerazę z DNA, gdy porusza się wzdłuż nici, katalizując nową syntezę DNA.

Kiedy ta replikacyjna polimeraza zostaje zatrzymana na uszkodzonej zasadzie lub regionie, wyspecjalizowane enzymy kowalencyjnie modyfikują ten przesuwający się zacisk poprzez dodanie ubikwityny lub białek sumo. Modyfikacja wyzwala uwalnianie replikacyjnej polimerazy i rekrutację specjalnej polimerazy zwanej polimerazą Translesion DNA lub polimerazą TLS do uszkodzonego miejsca poprzez interakcje z klamrą.

Następnie polimeraza TLS wprowadza nukleotyd przez uszkodzone miejsce w procesie zwanym "syntezą translezji DNA". Gdy powstający łańcuch DNA wysunie się poza zmianę, modyfikacja chemiczna jest odłączana od zacisku, a polimeraza TLS jest przełączana na replikacyjną polimerazę DNA komórki. Wraz z wiązaniem polimerazy replikacyjnej, wznawia się dokładna replikacja DNA.

W przeciwieństwie do naprawy uszkodzeń, nie ma przywrócenia oryginalnej sekwencji DNA, a uszkodzenie lub uszkodzenie będzie nadal obecne w DNA, więc zjawisko to określa się jako tolerancję uszkodzeń.

Podczas replikacji, podczas gdy niektóre polimerazy TLS mogą przypadkowo dodać prawidłowe nukleotydy do nowej nici, inne mogą być podatne na błędy, które powodują mutacje. Rodzaj zmiany często decyduje o dokładności polimerazy. Na przykład - gdzie błąd dotyczy miejsca zasadowego, nie ma informacji kodującej dla polimerazy, aby dodać właściwy nukleotyd podczas replikacji. W archeonach polimeraza Dpo4 preferencyjnie dodaje adeninę naprzeciwko miejsca zasadowego - ale inne polimerazy mogą naprawiać podobne zmiany na różne sposoby.