Ada regulon - Ada regulon - Wikipedia

v Oprava DNA, Ada regulon je sada geny jehož výraz je nezbytné adaptivní reakce (také známý jako „Ada response“, odtud název), který je spuštěn v prokaryotické buňky vystavením subletálním dávkám alkylační činidla. To umožňuje buňkám tolerovat účinky takových látek, které jsou jinak toxické a mutagenní.

Odpověď Ada zahrnuje expresi čtyř genů: ada, alkA, alkB a aidB. Produkt z ada Gen, protein Ada, je aktivátorem transkripce všech čtyř genů. Báze DNA poškozené alkylací jsou odstraněny odlišnými strategiemi.

Alkylační činidla

Alkylační činidla ze skupiny mutagenů a karcinogenů, které modifikují DNA pomocí alkylace. Léze na bázi alkylu mohou zastavit replikaci, přerušit transkripci nebo signalizovat aktivaci kontrolních bodů buněčného cyklu nebo apoptóza. U savců se jich mohou účastnit karcinogeneze, neurodegenerativní nemoci a stárnutí. Alkylační činidla mohou zavést methylové nebo ethylové skupiny na všechny dostupné atomy dusíku a kyslíku v bázích DNA a poskytnout řadu lézí.

Většina důkazů naznačuje, že mezi 11 identifikovanými modifikacemi bází byly dva, 3-methyladenin (3meA) a O6-methylguanin (O.6-meG), jsou zodpovědní hlavně za biologické účinky alkylačních činidel.[1]

Role ada-regulované geny

The Ada protein se skládá ze dvou hlavních domén, C-terminální domény a N-terminální domény, spojené pantovou oblastí citlivou na proteolytické štěpení. Tyto domény mohou fungovat nezávisle. AdaCTD přenáší methyl adukty z O6-meG a O.4-meG na svůj zbytek Cys-321, zatímco AdaNTD demetyluje methyl-fosfotriestery methylovým přenosem na svůj zbytek Cys-38.[2][3][4]

The alkA gen kóduje a glykosyláza který opravuje různé léze včetně N-7-methylguanin a N-3-methylpuriny a O2-methylpyrimidiny.[2] Protein AlkA odstraňuje poškozenou bázi z páteře cukru a fosfátu štěpením glykosylové vazby připojující bázi k cukru za vzniku abazického místa. Další zpracování abázického místa pomocí AP endonukleáz, polymerázy I a ligáza poté dokončí opravu.[5]

AlkB, jeden z Escherichia coli proteiny adaptivní odezvy, používá mechanismus závislý na a ketoglutarátu / Fe (II), který chemickou oxidací odstraňuje z DNA řadu alkylových lézí, čímž poskytuje ochranu genomu před alkylací.[6]

The AidB Předpokládá se, že protein se účastní degradace endogenních alkylačních činidel.[7][8] Ukazuje určitou homologii k acyl-CoA oxidázám a těm, které obsahují flaviny.[7] Nedávná pozorování naznačují, že AidB se může vázat na dvouvláknovou DNA a účastnit se její dealkylace.[8] K určení přesné funkce AidB jsou však nutná další šetření.

Regulace transkripce

Regulační síť Ada

Odpověď Ada zahrnuje expresi čtyř genů: ada, alkA, alkB, a podpora B.. Produkt z ada gen, Ada protein je aktivátor transkripce všech čtyř genů.

Ada má dva aktivní akceptory methylu cystein zbytky, které jsou nutné pro demetylaci DNA. Obě místa se mohou methylovat, když protein Ada přenáší methylovou skupinu z příslušných lézí DNA na sebe. Tato reakce je nevratná a methylovaná Ada (me-Ada) může působit jako transkripční aktivátor.

Protein Ada aktivuje transkripci Ada regulon dvěma různými způsoby. V případě ada-alkB operon a podpora B. promotor je N-terminální doména (AdaNTD) zapojena do vazby DNA a interaguje s jednotkou RNA polymerázy, zatímco a methylovaná C-terminální doména (me-AdaCTD) interaguje s σ70 podjednotka RNA polymerázy. Ačkoli jsou tyto interakce nezávislé, obě jsou nezbytné pro aktivaci transkripce.

Pro aktivaci alkA gen, AdaNTD interaguje s oběma, α a σ podjednotky RNA polymerázy a aktivuje transkripci. Na rozdíl od ada a podpora B. promotory, nemetylovaná forma Ada Protein, stejně jako methylovaná forma AdaNTD, je schopen aktivovat transkripci v alkA.

Methylovaná Ada je schopna aktivovat transkripci pomocí σS stejně jako σ70 na obou ada a podpora B. promotéři.[9][10] Naproti tomu nejen já-Ada nedokáže stimulovat alkA přepis σS, ale negativně ovlivňuje σS závislý přepis.

Intracelulární koncentrace σS zvýšit, když buňky dosáhnou stacionární fáze; to zase vede k me-Ada zprostředkovanému snížení exprese AlkA. Zvýšení exprese genů adaptivní odezvy, souběžně s expresí genů produkujících endogenní alkylátory během stacionární fáze, tedy zabraňuje poškození alkylace DNA a mutageneze.

Homologové Ada regulon u lidí

V lidských buňkách je aktivita alkyltransferázy produktem MGMT gen.[11][12] Hodnota 21,7 kDa MGMT protein je sestaven z aminokyselinových sekvencí velmi podobných sekvencím z E-coli alkyltransferázy, jako Ada. Na rozdíl od bakteriálních enzymů opravuje hlavně O6meG, zatímco odstranění alkyl aduktu z O4meT je mnohem pomalejší a výrazně méně efektivní.[13][14] Přednostní oprava O6meG je výhodné pro eukaryotické buňky, protože u experimentálních zvířat léčených alkylačními karcinogeny je tato léze zapojena do stimulace nádoru.

Na rozdíl od Ada a člověk MGMT methyltransferázy, AlkB a jeho lidské homology hABH2 a hABH3 nejenže přímo poškodí reverzní alkylační bázi, ale dělají to katalyticky a se substrátovou specificitou zaměřenou na rozhraní párování bází párů bází G: C a A: T.[15][16][17] Krystalové struktury AlkB a jeho lidský homolog hABH3 ukázaly podobné celkové záhyby, zvýrazňující konzervované funkční domény.[18]

Reference

  1. ^ Singer B (1976) Všechny kyslíky v nukleových kyselinách reagují s karcinogenními ethylačními činidly. Příroda 264: 333–339
  2. ^ A b Lindahl T, Sedgwick B, Sekiguchi M, Nakabeppu Y (1988) Regulace a exprese adaptivní reakce na alkylační činidla. Roční přehled biochemie. 57: 133–157
  3. ^ Moore MH, Gulbis JM, Dodson EJ, Demple B, Moody PC (1994) Krystalová struktura sebevražedného proteinu pro opravu DNA: Ada O6-methylguanin-DNA methyltransferáza z E. coli. EMBO Journal. 13: 1495–1501.
  4. ^ He C, Wei H, Verdine GL (2003). Konverze obětovaného DNA opravného proteinu N-Ada na katalytický opravný enzym methylfosfotriesteru. Journal of the American Chemical Society. 125: 1450–1451.
  5. ^ Volkert, M. R. 1988. Adaptivní reakce Escherichia coli na poškození alkylací. Environmentální a molekulární mutageneze. 11: 241–255.
  6. ^ Deyu Li, James C. Delaney, Charlotte M. Page a kol., „Oprava poškození DNA alkylací proteinem AlkB Adaptive Response Protein AlkB Escherichia coli podle studie ESI-TOF Mass Spectrometry,“ Journal of Nucleic Acids, sv. 2010, ID článku 369434, 9 stran, 2010. doi:10.4061/2010/369434
  7. ^ A b Landini P, Hajec LI, Volkert MR (1994) Struktura a transkripční regulace genové pomůcky pro adaptivní odpověď Escherichia coli B. Journal of Bacteriology. 176: 6583–6589.
  8. ^ A b Rohankhedkar MS, Mulrooney SB, Wedemeyer WJ, Hausinger RP (2006) Složka AidB adaptivní odpovědi Escherichia coli na alkylační činidla je protein vázající DNA obsahující flavin. Journal of Bacteriology. 188: 223–230.
  9. ^ Landini, P., L. I. Hajec, L. H. Nguyen, R. R. Burgess a M. R. Volkert. 1996. Protein reagující na leucin (lrp) působí jako specifický represor pro sigmaS-dependentní transkripci genu B pro podporu Escherichia coli. Molekulární mikrobiologie. 20: 947–955.
  10. ^ Taverna, P. a B. Sedgwick. 1996. Tvorba endogenních methylačních činidel nitrosací v Escherichia coli. Journal of Bacteriology. 178: 5105–5111.
  11. ^ Harris AL, Karran P, Lindahl T (1983) O6-Metylguanin-DNA methyltransferáza lidských lymfoidních buněk: strukturní a kinetické vlastnosti a nepřítomnost v buňkách s deficitem opravy. Cancer Res 43: 3247–3252.
  12. ^ Kataoka H, ​​Hall J, Karran P (1986) Doplnění citlivosti na alkylační činidla v buňkách vaječníků Escherichia coli a čínských křečků expresí klonovaného genu pro opravu bakteriální DNA. EMBO Journal. 5: 3195–3200.
  13. ^ Brennand J, Margison GP (1986) Exprese zkráceného genu Escherichia coli kódujícího O6-alkylguanin alkyltransferázu v savčích buňkách snižuje toxické účinky alkylačních činidel. Carcinogenesis 7: 2081–2084.
  14. ^ Koike G, Maki H, Takeya H, Hayakawa H, Sekiguchi M (1990) Purifikace, struktura a biochemické vlastnosti lidského O6-methylguanin-DNA methyltransferáza. Journal of Biological Chemistry. 265: 14754–14762.
  15. ^ Trewick, S. C., Henshaw, T. F., Hausinger, R. P., Lindahl, T. & Sedgwick, B. (2002) Nature 419, 174–178.
  16. ^ Falnes, P. O., Johansen, R. F. & Seeberg, E. (2002) Nature 419, 178–182.
  17. ^ Duncan, T., Trewick, S. C., Koivisto, P., Bates, P. A., Lindahl, T. & Sedgwick, B. (2002) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 99, 16660–16665.
  18. ^ Jadwiga N & Elżbieta G (2007), Bakteriální DNA opravné geny a jejich eukaryotické homology: 3. AlkB dioxygenáza a Ada methyltransferáza v přímé opravě alkylované DNA. Acta Biochemica Polonica, sv. 54 č. 3/2007, 459–468.