AP endonükleaz - AP endonuclease

APE1'in şerit diyagramı. PDB = 1de9.

Apurinik/apirimidinik ( AP ) endonükleaz , DNA baz eksizyon onarım yolunda (BER) yer alan bir enzimdir . DNA'daki hasarlı veya uyumsuz nükleotitlerin onarımındaki ana rolü, DNA glikosilaz hasarlı bazı ortadan kaldırdığında oluşan AP bölgesinin fosfodiester omurgasında bir çentik oluşturmaktır .

Mekanizmalarına ve insizyon bölgesine göre sınıflandırılan dört tip AP endonükleazı vardır. Sınıf I AP endonükleazları ( EC 4.2.99.18 ), bir β-liyaz mekanizması ile AP bölgelerine 3′ parçalanır ve bir 3′-(4-hidroksi-5-fosfo-2-pentenal) tortusu olarak adlandırılan doymamış bir aldehit bırakır ve bir 5'-fosfat. Sınıf II AP endonükleazları, bir 3'-hidroksil ve bir 5'-deoksiriboz fosfat kalıntısı bırakarak hidrolitik bir mekanizma ile DNA'yı 5' ila AP bölgelerine keser. Sınıf III ve sınıf IV AP endonükleazları ayrıca 3' ve 5' fosfat gruplarındaki DNA'yı bazsız bölgeye ayırır, ancak bir 3'-fosfat ve bir 5'-OH üretirler.

İnsanlarda APE1 ve APE2 olmak üzere iki AP endonükleazı vardır . APE1, toplam hücresel aktivitenin >%95'ini oluşturan güçlü AP-endonükleaz aktivitesi sergiler ve APE1'in insan hücrelerindeki ana AP endonükleaz olduğu kabul edilir. İnsan AP en AP endonükleazlar gibi, sınıf II ve bir Mg gerektirir (APE1) endonukleaz 2+ onun içinde aktif sitenin baz eksizyon onarımında rol gerçekleştirmek için. Bu enzimin maya homologu APN1'dir.

Çoğu AP endonükleazı gibi İnsan AP Endonükleaz 2 (APE2) de sınıf II'dir. APE2'nin eksonükleaz aktivitesi, metal iyonlarına güçlü bir şekilde bağlıdır. Bununla birlikte, APE2, manganez varlığında magnezyum iyonlarından 5 kat daha aktifti. Katalitik aktivitede yer alan korunan alanlar, hem APE1 hem de APE2'nin N-terminal kısmında bulunur. Ek olarak, APE2 proteini, APE1'de bulunmayan ancak aynı zamanda S. cerevisiae ve S. pombe'nin APN2 proteinleri gibi insan APE2 homologlarında bulunabilen bir C-terminal uzantısına sahiptir .

APE1'in Yapısı

APE1 proteininin (mavi renkli) yüzeyindeki pozitif kalıntılar, DNA'nın negatif fosfat gruplarıyla etkileşime rağmen DNA'yı tutturur ve büker. PDB 1de9.
Anahtar amino asit kalıntıları arasındaki hidrojen bağı, aktif bölge yapısını stabilize etmeye yardımcı olur. Ayrıca, negatif yüklü bir kalıntı (Glu 96), AP bölgesini PDB 1de9 yerinde stabilize etmek için de gerekli olan Mg2+'nın tutulmasına yardımcı olur.

APE1, AP siteleriyle seçici olarak reaksiyona girmesini sağlayan birkaç amino asit kalıntısı içerir . Üç APE1 tortusu ( Arg 73, Ala 74 ve Lys 78), AP bölgesini içeren iplikçiğin karşısındaki iplikçik üzerinde üç ardışık DNA fosfat ile temas ederken, Tyr 128 ve Gly 127 minör oluğu açıp genişleterek DNA'yı neden olduğu aşırı bükülme için sabitler dört ilmek ve bir a-sarmalda bulunan pozitif kalıntılar ile DNA'nın fosfodiester omurgasında bulunan negatif fosfat grupları arasındaki etkileşim ile .

Bu aşırı bükülme, DNA'nın temelsiz kısmını APE1'in aktif bölgesine girmeye zorlar . Bu aktif bölge, AP bölgesinin hidrofobik tarafı ile sıkıca paketlenen ve bazları olan bölgeleri ayırt eden Phe 266, Trp 280 ve Leu 282 ile sınırlanmıştır . AP bölgesi daha sonra , 5' fosfat grubunun Asn 174, Asn212, His 309 ve Mg2 + iyonu ile AP bölgesine hidrojen bağlanması yoluyla daha da stabilize edilirken, yetim baz ortağı Met 270 ile hidrojen bağı yoluyla stabilize edilir . AP sitesine fosfat grubu, 3' hidrojen bağlanması yoluyla stabilize edilmektedir Arg 177. Bu arada, Asp , pK'sının artışa bağlı olarak daha reaktif oluşan ve etkin 210, bir (ya da negatif log asit ayrışma sabiti ) Asn68 ve Asn212 arasındaki hidrojen bağı yoluyla stabilizasyonundan kaynaklanan , fosfodiester omurgasına saldıran ve parçalayan nükleofili aktive eder ve muhtemelen 7.5'lik bir pH'ta gözlemlenen maksimum APE1 aktivitesi ile sonuçlanır .

mekanizma

APE1 enzimi, basit bir asil ikame mekanizması yoluyla abazik (temelsiz) bir bölgede fosfodiester omurgasında bir çentik oluşturur . İlk olarak, aktif bölgedeki Asp210 tortusu, daha sonra AP bölgesine 5' uzaklıkta bulunan fosfat grubuna nükleofilik bir saldırı gerçekleştirebilen bir su molekülünü protonsuzlaştırır. Daha sonra, fosfat grubundaki oksijen atomlarından birinden gelen elektronlar, AP bölgesinde serbest bir 5' fosfat grubu ve normal nükleotit üzerinde serbest bir 3'-OH oluşturmak için diğer oksijenden birini başlatarak aşağı doğru hareket eder. Mg2 + iyonu tarafından stabilize edilir .

MekanizmaAPE1color 2.svg

APE1 inhibisyonu

Lucanthone

APE1'in bilinen inhibitörleri arasında 7-nitroindol-2-karboksilik asit (NCA) ve lucanthone bulunur . Bu yapıların her ikisi de, DNA'da baz bağlı olmayan ve fosfodiester bağı olmayan deoksiriboz şeker halkasına benzeyen kısa zincirlere bağlı halkalara sahiptir. Ayrıca, her ikisi de APE1'in aktif bölgesindeki H-bağ donörleri ile etkileşime girebilen ve bu inhibitörlerin aktif bölgeye yapışmasına neden olan ve enzimin diğer reaksiyonları katalize etmesini engelleyen birçok H-bağ alıcısı içerir.

APE1 kimyasal önleyici hedef olarak

APE1, DNA baz eksizyon onarım yolunda önemli bir işlevi yerine getirdiğinden, kanser hücrelerinin kemoterapiden kurtulmasını önlemenin yollarını arayan araştırmacılar için bir hedef haline geldi. APE1'in DNA omurgasında daha sonra yer alan enzimlerin AP bölgesini tanıyabilmesi için DNA omurgasında çentiği oluşturmak için ve kendi başına gerekli olmasının yanı sıra, DNA onarımında yer alan diğer enzimleri aktive etmeye yardımcı olan bir redoks işlevi vardır. Bu nedenle, APE1'i devirmek, tümör hücresi duyarlılığına yol açabilir, böylece kanser hücrelerinin kemoterapiden sonra devam etmesini önleyebilir.

APE2 enzim aktivitesi

APE2, APE1'den çok daha zayıf AP endonükleaz aktivitesine sahiptir, ancak 3'-5' eksonükleaz aktivitesi, APE1 ile karşılaştırıldığında güçlüdür ve oldukça güçlü bir 3'-fosfodiesteraz aktivitesine sahiptir.

APE2 3' –5' eksonükleaz aktivitesi, kör uçlu dubleks DNA'yı, girintili 3' terminalli kısmi DNA dublekslerini veya heterodupleks DNA içeren tek bir nükleotit boşluğunu hidrolize etme yeteneğine sahiptir. APE2 3'-fosfodiesteraz aktivitesi, DNA'nın 3' primer ucundan 3'-fosfoglikolat gibi modifiye edilmiş 3'-terminallerinin yanı sıra uyumsuz nükleotidleri çıkarabilir.

Oksidatif stresin ardından ATR-Chk1 DNA hasar yanıtı için APE2 gereklidir.

Referanslar

Moleküler grafik görüntüleri, California Üniversitesi, San Francisco'daki Resource for Biocomputing, Visualization and Informatics (NIH P41 RR-01081) tarafından desteklenen UCSF Chimera paketi kullanılarak üretildi.

Dış bağlantılar