Tip I topoizomeraz - Type I topoisomerase
| DNA topoizomeraz I, N-terminali (katalitik olmayan), viral | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 aşı virüsü dna topoizomeraz i artıkları 1-77'nin amino terminali 9kda alanı, 1-77 artıkları için deneysel elektron yoğunluğu
| |||||||||
| tanımlayıcılar | |||||||||
| Sembol | VirDNA-topo-I_N | ||||||||
| Pfam | PF09266 | ||||||||
| InterPro | IPR015346 | ||||||||
| SCOP2 | 1vcc / KAPSAM / SUPFAM | ||||||||
| |||||||||
Moleküler biyolojide Tip I topoizomerazlar , çift sarmallı DNA'nın iki sarmalından birini kesen, sarmalı gevşeten ve sarmalı yeniden tavlayan enzimlerdir . Bunlar ayrıca yapısal ve mekanik olarak farklı iki topoizomeraza bölünürler: tip IA ve tip IB.
- Tip IA topoizomerazlar, dairesel bir DNA zincirinin bağlantı numarasını kesinlikle 1'lik birimlerle değiştirir.
- Tip IB topoizomerazlar, bağlantı numarasını 1 (n)'nin katları ile değiştirir.
Tarihsel olarak, tip IA topoizomerazlar prokaryotik topo I olarak adlandırılırken, tip IB topoizomerazlar ökaryotik topoizomeraz olarak adlandırılır. Ancak bu ayrım, tip IA ve tip IB topoizomerazlar yaşamın tüm alanlarında mevcut olduğundan artık geçerli değildir.
İşlevsel olarak, bu alt sınıflar çok özel işlevler gerçekleştirir. Prokaryotik topoizomeraz I (topo IA) yalnızca negatif süper sarmallı DNA'yı gevşetebilirken, ökaryotik topoizomeraz I (topo IB), DNA replikasyonundan sonra yavru kromozomların DNA'sını ayırarak pozitif süper sarmallar oluşturabilir ve DNA'yı gevşetebilir.
İşlev
Bu enzimlerin çeşitli işlevleri vardır: transkripsiyon ve DNA replikasyonu sırasında DNA süper bobinlerini çıkarmak ; rekombinasyon sırasında iplik kopması için ; için kromozom yoğunlaştırma; ve mitoz sırasında iç içe geçmiş DNA'yı çözmek için .
Yapı
Bu alan, bir beta(2)-alfa-beta-alfa-beta(2) katını varsayar ve beta2 ve beta3 dizileri arasında solak bir çaprazlama vardır. Rossmann kıvrımında düzenlenmiş dört alfa sarmalıyla çevrili dört çapraz beta zincirine sahiptir.
mekanizmalar
Tip I topoizomerazlar ATP'den bağımsız enzimlerdir ( ters giraz hariç ) ve yapılarına ve reaksiyon mekanizmalarına göre alt bölümlere ayrılabilirler : tip IA (bakteriyel ve arkeal topoizomeraz I, topoizomeraz III ve ters giraz) ve tip IB (ökaryotik topoizomeraz I ve topoizomeraz V). Bu enzimler neden olabilir ters giraz haricinde pozitif ve / veya negatif aşırı sargılı DNA'yı gevşetebilir en başta sorumlu olan pozitif DNA'ya sarımları.
DNA topoizomerazları düzenleyen sayısını topolojik frenlemeye yeniden mühürleme birbirlerine yoluyla şeritlerin kesen katalize geçici tek- ya da çift-suşu bölmeleri tarafından (diğer bir deyişle bir süperhelezon dönüşlerin sayısını değiştirmek), iki DNA kolu arasındaki bağlantı.
sınıflar
DNA topoizomerazları iki sınıfa ayrılır: tip I enzimler ( EC ; topoizomerazlar I, III ve V) tek iplikli DNA'yı parçalar ve tip II enzimler ( EC ; topoizomerazlar II, IV ve VI) çift iplikli DNA'yı parçalar.
Tip IA topoizomerazlar
Tanıtım
Tarihsel olarak prokaryotlarda bulunduğu söylenen Tip IA topoizomerazlar, DNA'da tek bir kırılma yaratır ve bu kırılmadan ikinci bir iplik veya dupleks geçer. Bu iplik geçiş mekanizması, tip IIA topoizomerazlarla birçok özelliği paylaşır. Her ikisi de bir 5' fosfotirozin ara maddesi oluşturur ve işini gerçekleştirmek için iki değerlikli bir metal iyonu gerektirir. Tip II topoizomerazlardan farklı olarak , tip IA topoizomerazlar işlerini yapmak için enerji kullanmazlar (ters girazın dikkate değer istisnası dışında, aşağıya bakınız).
Yapı
Tip IA topoizomerazların birkaç alanı vardır, genellikle Alan 1-4 arasındadır. Alan I, bir Toprim alanı (Magnezyum iyonlarını koordine ettiği bilinen bir Rossman katı), alan IV ve alan III'ün her biri bir sarmal dönüşlü sarmal (HTH) alanından oluşur; katalitik tirozin, alan III'ün HTH'sinde bulunur. Alan II, alan III ve IV arasında esnek bir köprüdür. Tip IA topoizomerazın yapısı, yapının altında yatan Alan I, III ve IV ile bir kilide benzer. Tek iplikli DNA'ya (pdb id = 1I7D) bağlı topo III'ün yapısı (aşağıya bakınız), HTH ve Toprim bölgesinin DNA hakkında nasıl koordine edildiğini gösterir.
Tip IA topoizomeraz varyantları
Tip IA topoizomerazların, ana çekirdeğe eklenen uzantılara göre farklılık gösteren birkaç çeşidi vardır (bazen "topo-kat" olarak anılır). Bu alt sınıfın üyeleri arasında topo I, topo III (ek Çinko bağlayıcı motifler içerir) ve ters giraz bulunur. Ters giraz özellikle ilginçtir çünkü Rho transkripsiyon faktörünün sarmal benzeri alanına benzeyen bir ATPase alanı eklenmiştir (ters girazın yapısı Rodriguez ve Stock, EMBO J 2002 tarafından çözülmüştür). Enzim, pozitif süper-sargılar eklemek için ATP'nin hidrolizini kullanır ve ters girazın var olduğu bilinen hipertermofillerde çekici bir özellik olan DNA'yı aşırı sarar. Rodriguez ve Stock, ATP'nin hidrolizinin pozitif süper bobinlerin tanıtımına iletilmesinde yer alan bir "mandal" tanımlamak için daha fazla çalışma yaptılar.
Topo III varyantı da aynı şekilde çok ilginçtir çünkü tek sarmallı DNA'yı bağladığı düşünülen çinko bağlama motiflerine sahiptir. Topo III'ün, rekombinasyon sırasında BLM (Bloom Sendromu için) helikaz ile ilişkili olduğu tespit edilmiştir.
mekanizma
Tip IA topoizomerazlar, tek bir kapı kullanarak (tip II topoizomerazların aksine) bir iplik geçiş mekanizması aracılığıyla çalışır. İlk olarak, tek iplikli DNA, alan III ve I'i bağlar. Katalitik tirozin, DNA omurgasını bölerek geçici bir 5' fosfotirozin ara ürünü oluşturur. Daha sonra, bir menteşe olarak alan II kullanılarak kırılma ayrılır ve DNA'nın ikinci bir dupleks veya ipliği geçirilir. Alan III ve ben kapanır ve DNA yeniden tavlanır.
Tip IB topoizomerazlar
Tanıtım
Tip IA topoizomerazların aksine, tip 1B Topoizomeraz, engellenmiş bir döner mekanizma yoluyla DNA'nın aşırı ve alttan sarılması (pozitif veya negatif olarak süper sarmal olarak da adlandırılır) problemini çözer. Kristal yapılar, biyokimya ve tek molekül deneyleri genel bir mekanizmaya katkıda bulunmuştur. Enzim önce DNA'yı sarar ve tek bir 3' fosfotirozin ara ürünü oluşturur. 5' ucu daha sonra, topoizomeraz kırık zincirleri yeniden bağlayana kadar DNA'yı gevşetmek için diğer iplik etrafında bükerek dönmekte serbesttir.
Yapı
DNA'ya bağlı topo IB'nin yapısı çözülmüştür (pdb id = 1A36). Topo IB, bir NTD, bir kapatma lobu, bir katalitik lob ve bir C-terminal alanından oluşur. Kapatma lobu ve katalitik lob DNA'yı sarar.
mekanizma
Gevşeme aktif bir süreç değildir ve enerji ( ATP formunda ) çentikleme veya ligasyon adımları sırasında harcanmaz; bunun nedeni, enzimin aktif bölgesindeki tirozin kalıntısı ile fosfodiester DNA omurgası arasındaki reaksiyonun basitçe bir fosfomonoester bağını diğeriyle değiştirmesidir. Topoizomeraz ayrıca DNA'nın çözülmesi sırasında ATP kullanmaz; daha ziyade, DNA'da bulunan tork, açılmayı yönlendirir ve ortalama olarak enerjisel olarak yokuş aşağı ilerler. Son zamanlardaki tek molekül deneyleri, daha önce önerilen toplu plazmit gevşeme deneylerinin, yani DNA'nın çözülmesinin torkla yönlendirildiği ve yeniden bağlanma gerçekleşene kadar devam ettiğini doğrulamıştır. Hiçbir veri, Topo IB'nin, belirli sayıda süper bobinin çıkarılmasından sonra yeniden başlatmayı tetikleyen bir mekanizmaya sahip olduğu sürece döndürmeyi "kontrol ettiğini" göstermez. Tersine, tek moleküllü deneyler, yeniden bağlanmanın rastgele bir süreç olduğunu ve dönen 5'-OH ucunun enzim bağlantılı 3' ucunun bağlanma bölgesine her yaklaştığında meydana gelme olasılığının olduğunu ileri sürer.
Tip IB topoizomerazlar başlangıçta ökaryotlarda ve virüslerde tanımlandı. Viral topo I benzersizdir çünkü DNA'yı diziye özgü bir şekilde bağlar.
Bu iyi çalışılmış tip 1B topoizomeraz hakkında daha fazla ayrıntı için TOP1 makalesine bakın .
Tip IC topoizomerazlar
I arke olarak, V topo, tespit edildi topoizomeraz üçüncü bir türü Methanopyrus kandleri'nin . Topo V, tip IC topoizomerazın kurucu üyesi ve şimdiye kadar tek üyesidir, ancak bazı yazarlar bunun viral kökenleri olabileceğini öne sürmektedir. Topo V'nin kristal yapısı çözüldü. Tip IC topoizomerazlar, tip IB topoizomerazlara çok benzer şekilde (pdb ID = 2CSB ve 2CSD ) kontrollü bir döner mekanizma ile çalışır , ancak kıvrım benzersizdir.
ara ürünler
Tüm topoizomerazlar, enzimin katalitik tirozini ile DNA omurgasının kesilebilir fosforili arasında bir fosfotirozin ara maddesi oluşturur .
- Tip IA topoizomerazlar, katalitik tirozin ve 5'-fosforil arasında bir kovalent bağ oluşturur.
- Tip IB enzimleri, kovalent bir 3'-fosfotirozin ara maddesi oluşturur.
- Tip IC topoizomerazlar, kovalent bir 3'-fosfotirozin ara maddesi oluşturur.
Bu ara ürün izoenerjiktir, yani ileri yarılma reaksiyonu ve geriye doğru ayrılma reaksiyonunun her ikisi de enerjisel olarak eşittir. Bu nedenle, bu reaksiyonu yürütmek için herhangi bir dış enerji kaynağı gerekli değildir.
inhibisyon
Topoizomerazlar DNA'da kırılmalar oluşturduğundan, enzimi inhibe eden küçük moleküllü inhibitörlerin hedefleridir. Tip 1 topoizomeraz irinotekan , topotekan , heksilresorsinol ve kamptotesin tarafından inhibe edilir .
İnsan topoizomeraz tip IB enzimi, kovalent bir 3'-fosfotirozin ara ürünü, topoizomeraz 1-klevaj kompleksi (Top1cc) oluşturur. Aktif irinotekan metabolitinin, SN-38 , tutucu (a yaparak hareket üçlü kompleks Top1cc, DNA dizisinin bir guanin + 1 bir alt kümesi ile birlikte). Bir irinotekan türevi SN-38 molekülü, topoizomerazın neden olduğu bölünme bölgesini çevreleyen baz çiftlerine karşı istiflenir ve topoizomeraz 1 enzimini zehirler (inaktive eder) .
Üzerine bakteriyofaj (faj) T4 kendi bakteriyel konak, bir enfeksiyon , Escherichia coli faj genomunun belirlediği bir gen ürünü inhibe bakteriyel topoizomeraz I Gp55.2 DNA ve özellikle blok topoizomeraz olumsuz aşırı sargılı DNA gevşeme bağlanan (gp55.2) I. Bu inhibisyon, optimal faj verimini sağlamak için enfeksiyon sırasında konakçı topoizomeraz I aktivitesini ustaca modüle etmek için bir adaptasyon gibi görünmektedir.
sentetik öldürücülük
Sentetik öldürücülük , iki veya daha fazla genin ekspresyonundaki eksikliklerin bir kombinasyonu hücre ölümüne yol açtığında ortaya çıkar, oysa bu genlerden sadece birinde bir eksiklik olmaz. Eksiklikler mutasyon, epigenetik değişiklik veya bir genin ifadesinin inhibisyonu yoluyla ortaya çıkabilir.
Topoizomeraz 1 inhibisyonu, belirli DNA onarım genlerinin ekspresyonunun eksikliği ile sentetik olarak öldürücüdür. İnsan hastalarda eksik DNA onarım genleri arasında WRN ve MRE11 bulunur . İçinde ön-klinik çalışmalarda, kanser ile ilgili, eksik DNA tamir genler arasında ATM ve NDRG1 .
otoantikorlar
Otoantikorlar topoizomeraz denir I tipteki karşı hedeflenen anti-Scl-70 antikorları ile birlikte ile belirtilen, SCL eroderma ve 70 kD ekstre immünoreaktif fragmanı başka türlü daha geniş (100-105 kD) hedef topoizomeraz elde edilebilir antijen SCL adı ( -70 Antijen) antikorları.
Referanslar
Dış bağlantılar
- DNA+Topoizomerazlar,+Tip+I ABD Ulusal Tıp Kütüphanesinde Tıbbi Konu Başlıkları (MeSH)
