6.10:
ДНК-топоизомеразы
6.10:
ДНК-топоизомеразы
Топоизомеразы – это ферменты, которые расслабляют суперскрученные молекулы ДНК во время различных клеточных процессов, включая репликацию ДНК и транскрипцию. Эти ферменты регулируют положительную и отрицательную суперспирализацию ДНК без изменения нуклеотидной последовательности. Чрезмерное закручивание ДНК по часовой стрелке приводит к положительной суперспирализации ДНК, тогда как недокручивание в направлении против часовой стрелки производит отрицательную суперспирализацию ДНК.
Типы и механизм действия
Топоизомеразы делятся на два основных типа. Топоизомеразы типа I действуют на одну цепь двухцепочечной ДНК, и они далее подразделяются на три категории: IA, IB и IC. Тип IA образует ковалентную связь с 5'-концом разделенной ДНК и удаляет отрицательные супервитки. Он создает однонитевой разрыв, через который может пройти противоположная нить, что приводит к локально распутанной молекуле ДНК. Тип IB образует ковалентную связь с 3'-концом разрванной цепи ДНК и может ослабить как положительную, так и негативную суперспирализацию ДНК. Фермент вращает разрезанную одиночную цепь вокруг противоположной цепи, раскручивая при этом ДНК. Тип IC в основном встречается у архей и имеет тот же механизм, что и тип IB. Большинству топоизомераз типа I не требуется АТФ для релаксации суперспиральной ДНК. За исключением обратной гиразы – этой уникальной топоизомеразе типа IA требуется АТФ, и она генерирует положительные суперспирали ДНК, а не раскручивает их.
Топоизомеразы типа II являются АТФ-зависимыми ферментами, которые разрезают обе цепи двойной спирали ДНК. Они подразделяются на два подтипа, тип IIA и тип IIB. Эти подтипы отличаются своей структурой и расположением белковых доменов. Оба подтипа имеют схожие механизмы, они переносят петлю неповрежденной суперспиральной ДНК через разорванную двойную цепь, тем самым разматывая спираль на одну петлю. Бактериальная гираза, которая относится к топоизомеразам типа IIA, может вызывать отрицательную суперспирализацию в ДНК и, таким образом, отличается от всех других известных топоизомераз.
Suggested Reading
- Deweese, Joseph E., Michael A. Osheroff, and Neil Osheroff. "DNA topology and topoisomerases: teaching a “knotty” subject." Biochemistry and Molecular Biology Education 37, no. 1 (2009): 2-10.
- Baker, Nicole M., Rakhi Rajan, and Alfonso Mondragon. "Structural studies of type I topoisomerases." Nucleic Acids Research 37, no. 3 (2008): 693-701.
- Pommier, Yves, Elisabetta Leo, HongLiang Zhang, and Christophe Marchand. "DNA Topoisomerases and Their Poisoning by Anticancer and Antibacterial Drugs." Chemistry & Biology 17, no. 5 (2010): 421-433.
- Bush, Natassja G., Monica Agarwal, Sara R. Henderson, Nidda F. Waraich, and Anthony Maxwell. "DNA in a twist? How topoisomerases solve topological problems in DNA." The Biochemist 40 (2018): 26-31.
- Li, Zhiyu, Alfonso Mondragón, and Russell J. DiGate. "The mechanism of type IA topoisomerase-mediated DNA topological transformations." Molecular Cell 7, no. 2 (2001): 301-307.