DNA-3-methyladenin glykosyláza - DNA-3-methyladenine glycosylase

MPG
Protein MPG PDB 1bnk.png
Dostupné struktury
PDBHledání ortologu: PDBe RCSB
Identifikátory
AliasyMPG, AAG, ADPG, APNG, CRA36.1, MDG, Mid1, PIG11, PIG16, anpg, N-methylpurinová DNA glykosyláza
Externí IDOMIM: 156565 MGI: 97073 HomoloGene: 1824 Genové karty: MPG
Umístění genu (člověk)
Chromozom 16 (lidský)
Chr.Chromozom 16 (lidský)[1]
Chromozom 16 (lidský)
Genomic location for MPG
Genomic location for MPG
Kapela16p13.3Start77,007 bp[1]
Konec85,853 bp[1]
Exprese RNA vzor
PBB GE MPG 203686 at fs.png
Další údaje o referenčních výrazech
Ortology
DruhČlověkMyš
Entrez

4350

268395

Ensembl

ENSG00000103152

ENSMUSG00000020287

UniProt

P29372

Q04841

RefSeq (mRNA)

NM_002434
NM_001015052
NM_001015054

NM_010822

RefSeq (protein)

NP_001015052
NP_001015054
NP_002425

NP_034952

Místo (UCSC)Chr 16: 0,08 - 0,09 MbChr 11: 32,23 - 32,23 Mb
PubMed Vyhledávání[3][4]
Wikidata
Zobrazit / upravit člověkaZobrazit / upravit myš

DNA-3-methyladenin glykosyláza také známý jako 3-alkyladeninová DNA glykosyláza (AAG) nebo N-methylpurinová DNA glykosyláza (MPG) je enzym že u lidí je kódován MPG gen.[5][6]

Alkyladeninová DNA glykosyláza je specifický typ DNA glykosyláza. Tato podrodina monofunkčních glykosyláz se podílí na rozpoznávání různých bazálních lézí, včetně alkylovaných a deaminovaných purinů, a na zahájení jejich opravy prostřednictvím oprava základní excize cesta.[7] K dnešnímu dni je lidská AAG (hAAG) jedinou identifikovanou glykosylázou, která vylučuje v lidské buňce purinové báze poškozené alkylací.[8]

Funkce

Báze DNA podléhají velkému počtu anomálií: spontánních alkylace nebo oxidační deaminace. Odhaduje se, že 104 mutace se objevují v typické lidské buňce denně. I když se zdá, že jde o prodloužení EU, jde o zanedbatelnou částku DNA (1010 nukleotidy), tyto mutace vést ke změnám struktury a kódovacího potenciálu DNA, které ovlivňují procesy DNA replikace a transkripce.

3-Methyladeninové DNA glykosilázy jsou schopny zahájit oprava základní excize (BER) široké škály substrátových bází, které kvůli své chemické reaktivitě trpí nevyhnutelnými modifikacemi vedoucími k různým biologickým výsledkům. Mechanismy opravy DNA přebírají zásadní roli při udržování genomové integrity buněk z různých organismů, zejména 3-methyladeninové DNA glykosylázy se nacházejí v bakterie, droždí, rostliny, hlodavci a lidé. Proto existují různé podrodiny tohoto enzymu, jako je lidská alkyladeninová DNA glykosyláza (hAAG), které kromě 3-MeA působí na jiné poškozené DNA báze. [9]

Tabulka, která ukazuje přítomnost (+) nebo nepřítomnost (-) biochemické aktivity mezi různými podrodinami DNA-3-methyladenin glykosylázy a různými typy poškozených bází DNA
štítekAlkAMAGmag1ADPGAagAGGaMAG
3-MeA++++++++
3-MeG++++++
7-MeG-+++++++
O2-MeG-+
O2-MeC-+
7-CEG++
7-HEG++
7-EthoxyG+
eA-++++++
např+
8-oxoG++
Hx-++++++
A++
G-++++
T+
C+

Činnost opravy alkylací

V buňkách[10] AAG je enzym odpovědný za rozpoznání a zahájení opravy katalyzováním hydrolýzy N-glykosidová vazba k uvolnění alkylačně poškozených purinových bází.[11] HAAG je konkrétně schopen účinně identifikovat a excidovat 3-methyladenin, 7-methyladenin, 7-methylguanin, 1N-ethenoadenin a hypoxanthin.[12]

ODG aktivita

Aktivita oxaninové DNA glykolázy (ODG) je schopnost některých DNA glykosyláz opravovat oxaniny (Oxa), což je deaminovaná bazální léze, při které je dusík N1 nahrazen kyslíkem. Mezi známými testovanými lidskými DNA glykosylázami vykazuje lidská alkyladeninová DNA glykosyláza (AAG) také aktivitu ODG.[13]

Na rozdíl od aktivity opravy alkylace, která je schopna působit pouze proti purinovým bázím, je hAAG schopen excidovat Oxa ze všech čtyř dvojitých řetězců bází obsahujících Oxa, Cyt / Oxa, Thy / Oxa, Ade / Oxa a Gua / Oxa, nevykazuje žádné zvláštní preference žádnou ze základen. Kromě toho je hAAG schopen odstranit Oxa z jednořetězcové DNA obsahující oxa. K tomu dochází, protože aktivita ODG hAAG nevyžaduje doplňkové vlákno.

Struktura

Alkyladeninová DNA glykosyláza je monomerní protein složeno 298 aminokyseliny, s hmotností vzorce 33 kDa. Jeho kanonická primární struktura se skládá z následující sekvence. Byly však nalezeny i další funkční izoformy.

Sekvence nebo isoforma lidské alkylladeninové DNA glykosylázy 1
PDB rendering based on 1F6O
Struktura lidské alkyladeninové DNA glykosylázy generovaná Pymolem

Isoform 2

Pořadí této izoformy se liší od kanonické sekvence následovně:

Aminokyseliny 1-12: MVTPALQMKKPK → MPARSGA

Aminokyseliny 195-196: QL → HV

Isoform 3

Sekvence této izoformy se liší od kanonické sekvence podobným způsobem jako izoforma 2:

Aminokyseliny 1-12: MVTPALQMKKPK → MPARSGA

Isoform 4

Sekvence této izoformy postrádá aminokyseliny 1-17.

Skládá se do jediné domény smíšené struktury α / β se sedmi α šroubovice a osm β řetězce. Jádro proteinu tvoří zakřivený antiparalelní β list s vyčnívající β vlásenkou (β3β4), který se vloží do vedlejší drážky vázané DNA. Série helixů α a spojovacích smyček tvoří zbytek vazebného rozhraní DNA.[14] Postrádá motiv helix-hairpin-helix spojený s jinými základními proteiny pro opravu excize a ve skutečnosti se nepodobá žádnému jinému modelu v Proteinová datová banka.[14]

Mechanismus

Rozpoznávání substrátu

Alkyladeninová DNA glykosyláza je součástí rodiny enzymy které následují BER, působící na konkrétní substráty podle kroků BER.

Proces rozpoznávání poškozených bází zahrnuje počáteční nespecifickou vazbu, po níž následuje difúze podél DNA. Vytvořený komplex AAG-DNA, dochází k redundantnímu procesu vyhledávání kvůli dlouhé životnosti tohoto komplexu, zatímco hAAG prohledává mnoho sousedních míst v molekule DNA v jediné vazbě. To poskytuje dostatek příležitostí k rozpoznání a vyříznutí lézí, které minimálně narušují strukturu DNA.[15]

Díky své široké specificitě provádí hAAG výběr substrátu kombinací selektivních filtrů.[16]

  • První filtr selektivity se vyskytuje na převrácení nukleotidů krok nepoužitelných párů bází, které představují léze.
  • Druhý selektivní filtr je tvořen katalytickým mechanismem, který zajišťuje, že jsou excidovány pouze purinové báze, i když do pyramidinů hAAG se vejdou menší pyrimidiny. Aktivní stránky. Kapsa na aktivní místo je navržena tak, aby pojala strukturně různorodou sadu modifikovaných purinů, takže by bylo obtížné stericky vyloučit menší pyrimidinové báze z vazby. Avšak díky odlišnému tvaru a chemickým vlastnostem vázaného pyrimidinu a purinového substrátu reaguje kyselinou katalyzovaný pouze s pyrimidinem, který mu brání ve vazbě na hAAG.[10]
  • Třetí selektivní filtr sestává z nepříznivých stérických střetů, které umožňují přednostní rozpoznání purinových lézí bez exocyklických aminoskupin guanin a adenin.
    Schéma kontaktů hAAG-DNA

Převrácení a fixace nukleotidů

Jeho struktura obsahuje antiparalelní β list s vyčnívajícím β vlásenkou (β3β4), která se vloží do vedlejší drážky navázané DNA. Tato skupina je jedinečná pro lidské buňky a přemisťuje vybraný nukleotid zaměřený na bazální excizi. Nukleotid je zajištěn do kapsy vázající enzym, kde se nachází aktivní místo, a je fixován aminokyselinami Arg182, Glu125 a Ser262. Rovněž se vytvářejí další vazby, které hraničí s nukleotidy a stabilizují strukturu.

Drážka ve dvojité šroubovici DNA, která zbyla vyklopeným abazickým nukleotidem, je vyplněna postranním řetězcem aminokyseliny Tyr162 a nedochází k žádným specifickým kontaktům s okolními bázemi.

Štěpení N-glykosidové vazby lidskou alkyladeninovou DNA glykosylázou

Uvolňování nukleotidů

Aktivovaná blízkými aminokyselinami, molekula vody napadá N-glykosydickou vazbu a uvolňuje alkylovanou bázi prostřednictvím mechanismu vytěsňování zezadu.

Umístění

Lidská alkyladeninová DNA glykosyláza se lokalizuje na mitochondrie, jádro a cytoplazma lidských buněk.[17] Některé funkčně ekvivalentní enzymy byly nalezeny u jiných druhů, které mají výrazně odlišné struktury, jako např DNA-3-methyladenin glykosyláza v E. coli.[14]

Klinický význam

Podle mechanismu používaného lidskou alkyladeninovou DNA glykosylázou vede defekt v opravných drahách DNA k rakovina náchylnost. HAAG postupuje podle kroků BER, což znamená, že nesprávná role genů BER by mohla přispět k rozvoji rakoviny. Konkrétně může být špatná aktivita hAAG spojena s rizikem rakoviny u BRCA1 a BRCA2 mutační nosiče.[18]

Modelové organismy

Modelové organismy byly použity při studiu funkce MPG. Podmíněný knockout myš linka volala Mpgtm1a (EUCOMM) Wtsi byl vygenerován na Wellcome Trust Sanger Institute.[19] Samci a samice prošli standardizací fenotypová obrazovka[20] k určení účinků vypuštění.[21][22][23][24] Další provedená vyšetření: - Hloubková imunologická fenotypizace[25]

Viz také

Reference

  1. ^ A b C GRCh38: Vydání souboru 89: ENSG00000103152 - Ensembl, Květen 2017
  2. ^ A b C GRCm38: Vydání souboru 89: ENSMUSG00000020287 - Ensembl, Květen 2017
  3. ^ „Human PubMed Reference:“. Národní centrum pro biotechnologické informace, Americká národní lékařská knihovna.
  4. ^ „Myš PubMed Reference:“. Národní centrum pro biotechnologické informace, Americká národní lékařská knihovna.
  5. ^ Chakravarti D, Ibeanu GC, Tano K, Mitra S (srpen 1991). „Klonování a exprese lidské cDNA kódující DNA opravný protein N-methylpurin-DNA glykosyláza v Escherichia coli“. The Journal of Biological Chemistry. 266 (24): 15710–5. PMID  1874728.
  6. ^ "Entrez Gene: MPG N-methylpurin-DNA glykosyláza".
  7. ^ Hedglin M, O'Brien PJ (2008). „Lidská alkyladeninová DNA glykosyláza využívá procesní hledání poškození DNA“. Biochemie. 47 (44): 11434–45. doi:10.1021 / bi801046y. PMC  2702167. PMID  18839966.
  8. ^ Abner CW, Lau AY, Ellenberger T, Bloom LB (duben 2001). „Excize báze a vazebné aktivity DNA lidské alkyladeninové DNA glykosylázy jsou citlivé na bázi spárovanou s lézí“. The Journal of Biological Chemistry. 276 (16): 13379–87. doi:10,1074 / jbc.M010641200. PMID  11278716.
  9. ^ Wyatt, M. D .; Allan, J. M .; Lau, A. Y .; Ellenberger, T. E .; Samson, L. D. (01.08.1999). „3-methyladeninové DNA glykosylázy: struktura, funkce a biologický význam“. BioEssays. 21 (8): 668–676. doi:10.1002 / (SICI) 1521-1878 (199908) 21: 8 <668 :: AID-BIES6> 3.0.CO; 2-D. ISSN  0265-9247. PMID  10440863.
  10. ^ A b O'Brien PJ, Ellenberger T (říjen 2003). „Lidská alkyladeninová DNA glykosyláza používá pro selektivní excizi poškozených purinů acidobazickou katalýzu.“ Biochemie. 42 (42): 12418–29. doi:10.1021 / bi035177v. PMID  14567703.
  11. ^ Admiraal SJ, O'Brien PJ (říjen 2010). „Tvorba N-glykosylové vazby katalyzovaná lidskou alkyladeninovou DNA glykosylázou“. Biochemie. 49 (42): 9024–6. doi:10.1021 / bi101380d. PMC  2975558. PMID  20873830.
  12. ^ Hollis T, Lau A, Ellenberger T (srpen 2000). "Strukturální studie humánní alkyladenin glykosylázy a E. coli 3-methyladenin glykosylázy". Mutační výzkum. 460 (3–4): 201–10. doi:10.1016 / S0921-8777 (00) 00027-6. PMID  10946229.
  13. ^ Hitchcock TM, Dong L, Connor EE, Meira LB, Samson LD, Wyatt MD, Cao W (září 2004). "Aktivita oxaninové DNA glykosylázy ze savčí alkyladenin glykosylázy". The Journal of Biological Chemistry. 279 (37): 38177–83. doi:10,1074 / jbc.M405882200. PMID  15247209.
  14. ^ A b C Lau AY, Schärer OD, Samson L, Verdine GL, Ellenberger T (říjen 1998). "Krystalová struktura lidského alkylbázového-DNA opravného enzymu komplexovaného s DNA: mechanismy převrácení nukleotidů a excize báze". Buňka. 95 (2): 249–58. doi:10.1016 / S0092-8674 (00) 81755-9. PMID  9790531. S2CID  14125483.
  15. ^ Zhang, Yaru. „Specifičnost a mechanismus vyhledávání glykosylázy DNA z alkyladeninu“. hdl:2027.42/110472.
  16. ^ Hedglin M, O'Brien PJ (2008). „Lidská alkyladeninová DNA glykosyláza využívá procesní hledání poškození dNA“. Biochemie. 47: 11434–11445. doi:10.1021 / bi801046y. PMC  2702167. PMID  18839966.
  17. ^ van Loon B, Samson LD (březen 2013). „Alkyladeninová DNA glykosyláza (AAG) se lokalizuje do mitochondrií a interaguje s mitochondriálním jednořetězcovým vazebným proteinem (mtSSB)“ (PDF). Oprava DNA. 12 (3): 177–87. doi:10.1016 / j.dnarep.2012.11.009. hdl:1721.1/99514. PMC  3998512. PMID  23290262.
  18. ^ Osorio A, Milne RL, Kuchenbaecker K, Vaclová T, Pita G, Alonso R, et al. (Duben 2014). „DNA glykosylázy zapojené do opravy excize báze mohou být spojeny s rizikem rakoviny u nosičů mutací BRCA1 a BRCA2“. Genetika PLOS. 10 (4): e1004256. doi:10.1371 / journal.pgen.1004256. PMC  3974638. PMID  24698998.
  19. ^ Gerdin AK (2010). „Genetický program Sanger Mouse: vysoká propustnost charakterizace knockoutovaných myší“. Acta Ophthalmologica. 88: 925–7. doi:10.1111 / j.1755-3768.2010.4142.x. S2CID  85911512.
  20. ^ A b „Mezinárodní konsorcium pro fenotypizaci myší“.
  21. ^ Skarnes WC, Rosen B, West AP, Koutsourakis M, Bushell W, Iyer V, Mujica AO, Thomas M, Harrow J, Cox T, Jackson D, Severin J, Biggs P, Fu J, Nefedov M, de Jong PJ, Stewart AF, Bradley A (červen 2011). „Podmíněný knockoutový zdroj pro celogenomové studium funkce myšího genu“. Příroda. 474 (7351): 337–42. doi:10.1038 / příroda10163. PMC  3572410. PMID  21677750.
  22. ^ Dolgin E (červen 2011). „Knihovna myší je vyřazena“. Příroda. 474 (7351): 262–3. doi:10.1038 / 474262a. PMID  21677718.
  23. ^ Collins FS, Rossant J, Wurst W (leden 2007). "Myš ze všech důvodů". Buňka. 128 (1): 9–13. doi:10.1016 / j.cell.2006.12.018. PMID  17218247. S2CID  18872015.
  24. ^ White JK, Gerdin AK, Karp NA, Ryder E, Buljan M, Bussell JN a kol. (Červenec 2013). „Generace v celém genomu a systematické fenotypování knockoutovaných myší odhaluje nové role mnoha genů“. Buňka. 154 (2): 452–64. doi:10.1016 / j.cell.2013.06.022. PMC  3717207. PMID  23870131.
  25. ^ A b „Konsorcium pro infekci a imunitu Imunofenotypizace (3i)“.

Další čtení

externí odkazy