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7.5:

DNA polimerasi di translesione

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Molecular Biology
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Translesion DNA Polymerases

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Durante la replicazione, una sliding clamp, che è una subunità beta nei batteri, o Proliferating Cell Nuclear Antigen-PCNA-negli eucarioti, velocizza la reazione della polimerasi sul DNA mentre si muove lungo il filamento, catalizzando la nuova sintesi di DNA. Quando questa polimerasi replicativa viene bloccata su una base o regione danneggiata, alcuni enzimi specializzati modificano covalentemente la sliding clamp, mediante l’aggiunta di ubiquitina, o proteine SUMO. La modifica innesca il rilascio della polimerasi replicativa e il reclutamento di una polimerasi speciale, chiamata DNA polimerasi translesionale o TLS polimerasi, nel sito danneggiato attraverso interazioni con le clamp.Successivamente, la TLS polimerasi inserisce un nucleotide attraverso il sito danneggiato in un processo chiamato sintesi di DNA di traslazione. Una volta che la catena nascente del DNA si è estesa oltre la lesione, la modifica chimica viene staccata dalla clamp, e la TLS polimerasi viene sostituita dalla polimerasi replicativa de DNA. Con il legame della polimerasi replicativa, riprende la replicazione accurata del DNA.A differenza della riparazione di danni, non avviene alcuna modifica alla sequenza di DNA originale e il danno, o lesione, sarà ancora presente nel DNA. Quindi il fenomeno è descritto come tolleranza al danno. Durante la replicazione, mentre alcune polimerasi TLS possono aggiungere i nucleotidi corretti al nuovo filamento, per caso, altre possono essere soggette ad errori che danno luogo a mutazioni.Il tipo di lesione determina spesso la precisione della polimerasi. Per esempio, dove l’errore è in sito abasico, non vi sono informazioni codificanti per la polimerasi per aggiungere il nucleotide corretto durante la replicazione. Negli archaea, la polimerasi Dpo4 aggiunge preferenzialmente un’adenina di fronte ad un sito abasico, ma altre polimerasi possono correggere lesioni simili in modi diversi.

7.5:

DNA polimerasi di translesione

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.

Suggested Reading

  1. Goodman, Myron F., and Roger Woodgate. "Translesion DNA polymerases." Cold Spring Harbor perspectives in biology 5, no. 10 (2013): a010363.