DNA-polymerase

DNA -polymeraser er enzymer (cellulære eller virale) som er involvert i prosessen med DNA-replikasjon . De utfører syntesen av den nye DNA -kjeden ved å pare deoksyribonukleotidtrifosfatene (dNTP-er) med de tilsvarende komplementære deoksyribonukleotidene til templat-DNA. DNTP-ene som brukes i DNA-replikasjon inneholder tre fosfater festet til 5' - hydroksylgruppen til deoksyribose , og avhengig av nitrogenbasen vil de være dATP , dTTP , dCTP eller dGTP . Den fundamentale reaksjonen er en overføring av en fosfatgruppe der 3'-OH-gruppen fungerer som en nukleofil i 3'-enden av den voksende kjeden. Det nukleofile angrepet skjer på α-fosfatet (nærmest deoksyribose) til det innkommende deoksyribonukleosid 5'-trifosfatet, frigjør uorganisk pyrofosfat og forlenger DNA (ved å danne en ny fosfodiesterbinding ). I motsetning til de fleste biologiske prosesser som skjer i cellen der kun én fosfatgruppe (Pi ) spaltes, spaltes under replikering de to siste fosfatgruppene, i form av en pyrofosfatgruppe ( PPi )

Denne prosessen kan oppsummeres i en kjemisk ligning :

(DNA) n + dNTPs ↔ (DNA) n+1 + PPi

Selv om DNA-polymerase bare har ett aktivt sete for å pare de fire forskjellige dNTP-ene, er riktig binding av A:T, C:G-baseparene mulig basert på deres geometri: feil binding oppstår. En forskyvning av α-fosfatet gjør det mer vanskelig for den å binde seg til 3'-OH-enden og dermed redusere katalysehastigheten , noe som resulterer i at DNA-polymerase fortrinnsvis legger til de riktige basene.

DNA-polymeraser kan legge til opptil 1000 nukleotider per sekund. Dette er på grunn av deres natur, det vil si antallet nukleotider de er i stand til å legge til hver gang de assosieres med DNA-malen de skal kopiere. Siden tilsetning av nukleotider er en prosess som varer noen få millisekunder , vil katalysehastigheten avhenge av tiden DNA-polymerasen forblir bundet til DNA, det vil si prosessiviteten.

Veksten av kjeden skjer i 5' → 3'-retningen, siden det kreves en fri 3'-OH-gruppe for starten av syntesen siden dette er den som utfører det nukleofile angrepet på dNTP α-fosfatet, altså , krever DNA-polymeraser en 3'-OH-initiator (som kan være laget av DNA eller RNA ) kalt en primer , som syntetiseres av RNA-primase . 3'-enden av primeren kalles primerenden.

DNA-polymeraser utfører også andre funksjoner under replikasjonsprosessen. I tillegg til å delta i forlengelsen, utfører de en korrigerende og reparerende funksjon takket være deres 3'- eksonukleaseaktivitet , som gir dem muligheten til å bryte ned DNA fra slutten. Det er viktig at disse korreksjonsmekanismene eksisterer, siden feilene som produseres under kopieringen av DNA ellers ville gi opphav til mutasjoner .

Funksjoner

DNA-polymeraser kan legge til frie nukleotider bare til 3'-enden av den dannede DNA-strengen . Dette fører til at forlengelsen av formkjeden blir i 5'-3' retningen. Ingen kjent DNA-polymerase kan starte en DNA-streng igjen, det vil si at den ikke kan sette det første nukleotidet på strengen, deretter feste det andre, så det tredje, og så videre. Alt de kan gjøre er å forlenge en eksisterende kjede ved dens 3'-OH-ende, så det må alltid være et første fragment som allerede er dannet. Dette er grunnen til at DNA-polymerase trenger en forhåndsformet primer for å legge til nukleotider til . Primere kan være laget av RNA eller DNA . Ved DNA-replikasjon er de to første basene alltid RNA og syntetiseres av et annet enzym kalt primase . Et enzym kalt helikase er også nødvendig for å løse opp DNA -et og løsne den dobbelttrådete strukturen i den regionen for å danne den todelte enkelttrådede strukturen (denne regionen er replikasjonsgaffelen ), som letter replikasjonen av hver av trådene etter den semikonservative modell for DNA-replikasjon.

En annen egenskap som noen, men ikke alle, DNA-polymeraser har, er feilretting. Denne prosessen korrigerer feilene som produseres under dannelsen av det nysyntetiserte DNA. Når et feilplassert basepar gjenkjennes , reverserer DNA-polymerase bevegelsesretningen ved å flytte tilbake ett basepar. Denne 3'-5' eksonukleaseaktiviteten til enzymet gjør det mulig å eliminere det ukorrekte baseparet for senere å bli erstattet med det riktige, selve polymerasen som vil fortsette replikasjonen . Denne aktiviteten kalles korrekturlesing. DNA-polymeraser er mye brukt i molekylærbiologiske eksperimenter .

DNA-polymeraser har en svært konservert struktur, noe som betyr at deres katalytiske underenheter varierer lite fra en art til en annen. Bevarte strukturer utfører generelt viktige og uerstattelige funksjoner i cellen , og vedlikeholdet av disse gir en rekke fordeler.

Struktur

Kjente DNA-polymeraser har en svært konservert struktur, noe som betyr at deres generelle katalytiske underenheter varierer lite fra art til art, uavhengig av deres domenestrukturer. Bevarte strukturer indikerer ofte viktige og uerstattelige funksjoner til cellen, hvis vedlikehold gir evolusjonære fordeler. Formen kan beskrives som en høyre hånd med tommel-, finger- og håndflatedomener. Palmedomenet ser ut til å fungere ved å katalysere overføringen av fosforylgrupper i fosforyloverføringsreaksjonen. DNA binder seg til håndflaten når enzymet er aktivt. Denne reaksjonen antas å være katalysert av en to-metallion-mekanisme. Fingerdomenet fungerer for å binde nukleosidtrifosfatene til bunnen av malen. Tommeldomenet spiller en potensiell rolle i DNA-prosessivitet, translokasjon og posisjonering.

Prosesivitet

Den raske katalysen av DNA-polymerase skyldes dens prosessive natur. Prosesivitet er et kjennetegn på enzymer som fungerer på polymere substrater. Når det gjelder DNA-polymerase, refererer graden av prosessivitet til gjennomsnittlig antall nukleotider tilsatt hver gang enzymet binder seg til en mal. Den gjennomsnittlige DNA-polymerase krever omtrent ett sekund for å lokalisere og binde et primer/mal-kryss. Når den er bundet, legger en ikke-prosesserende DNA-polymerase til nukleotider med en hastighet på ett nukleotid per sekund. Imidlertid legger prosessive DNA-polymeraser til flere nukleotider per sekund, noe som dramatisk øker hastigheten på DNA-syntese. Graden av prosessivitet er direkte proporsjonal med hastigheten på DNA-syntese. Hastigheten av DNA-syntese i en levende celle ble først bestemt som hastigheten på DNA- forlengelsen av fag T4 i bakterier infisert med bakteriofag . I løpet av perioden med eksponentiell økning av DNA ved 37 °C var hastigheten 749 nukleotider per sekund.

DNA-polymerasens evne til å gli langs DNA-malen tillater høyere prosessivitet. Det er en dramatisk økning i prosessivitet ved replikeringsgaffelen. Denne økningen forenkles av assosiasjonen av DNA-polymerase med proteiner kjent som DNA-glideklemmen. Klemmene er flere ringformede assosierte proteinunderenheter. Ved å bruke ATP- hydrolyse åpner en klasse av proteiner kjent som slip-clamp cargo-proteiner ringstrukturen til DNA-slip-klemmer som tillater DNA-trådbinding og frigjøring. Protein-protein-interaksjon med klemmen forhindrer DNA-polymerase i å diffundere fra DNA-malen, noe som sikrer at enzymet binder seg til den samme primer/mal-krysset og fortsetter replikasjonen. DNA-polymerase endrer konformasjon, øker affiniteten for klemmen når den assosieres med den og reduserer affiniteten når den fullfører replikasjonen av en strekning av DNA for å tillate frigjøring av klemmen.

Polymerasekjedereaksjon

Egenskapen til DNA-polymeraser for å replikere DNA-tråder brukes til polymerasekjedereaksjon , kjent som PCR, for å oppnå et stort antall kopier av et bestemt DNA-fragment, og amplifisere det til forskningsformål. I PCR-prosesser kreves det bruk av termostabile polymeraser, slik som Taq-polymerase , fordi det er nødvendig å bruke høye temperaturer for å denaturere DNA-molekylet.

Familier av DNA-polymeraser

Basert på deres strukturelle homologi og aminosyresekvens , kan DNA-polymeraser klassifiseres i 6 familier. DNA-polymerasene til DNA-virus er vanskelige å klassifisere i følgende grupper på grunn av den høye divergensen av virale sekvenser.

Familie A : Inkluderer eukaryote DNA-polymeraser γ, θ, ν, prokaryot I og viral T7.
Familie B : Inkluderer eukaryote DNA-polymeraser ζ, α, δ, ε og prokaryote II. Inkludering av noen virale DNA-polymeraser har også blitt foreslått.
Familie D : Inkluderer prokaryot DNA-polymerase D og inkludering av noen virale DNA-polymeraser har også blitt foreslått.
Familie X : Inkluderer de eukaryote DNA-polymerasene β, σ, λ, μ, TDT og den prokaryote III.
Familie Y : Inkluderer de eukaryote DNA-polymerasene ι, κ, η og prokaryotene IV og V.
RT-familie : Inkluderer telomerase som er unik for eukaryoter og virale, eukaryote og prokaryote revers transkriptaser .

Prokaryote DNA-polymeraser

DNA-polymerasene til prokaryoter ( archaea og bakterier ) er: Pol I, II, III, IV, V, B, D og RT , hver og en av dem er spesialisert i en eller flere av disse funksjonene avhengig av dens rolle i replikasjonen. Prokaryote polymeraser finnes i to former: kjernepolymerase og holoenzym. Kjernepolymerasen syntetiserer DNA fra DNA-malen, men kan ikke starte syntese alene eller nøyaktig. Holoenzymet setter i gang syntesen nøyaktig.

Pol I

Prokaryote familie A-polymeraser inkluderer enzymet DNA-polymerase I (Pol I), som er kodet av polA-genet og er allestedsnærværende blant prokaryoter. Denne reparasjonspolymerasen deltar i utskjæringsreparasjon med 3'-5'- og 5'-3'-eksonukleaseaktivitet og i prosesseringen av Okazaki-fragmenter generert under syntese med etterslepende tråd. [ 1 ] Pol I er den mest utbredte polymerasen, og står for >95 % av polymeraseaktiviteten i E. coli; Imidlertid er det funnet at celler mangler Pol I, noe som tyder på at Pol I-aktivitet kan erstattes av de andre fire polymerasene. Pol I legger til ~15-20 nukleotider per sekund, og viser dermed dårlig prosessivitet. I stedet begynner Pol I å legge til nukleotider ved RNA-primer:template-krysset kjent som opprinnelsen til replikasjon (ori). Omtrent 400 bp nedstrøms fra opprinnelsen, samles Pol III-holoenzymet og overtar replikasjonen med en svært prosessiv hastighet og natur. [ 2 ]

Taq polymerase er et termostabilt enzym av denne familien som mangler korrekturlesing. [ 3 ]

Pol II

DNA-polymerase II er en familie B-polymerase kodet av polB-genet. Pol II har 3'-5' eksonukleaseaktivitet og er involvert i DNA-reparasjon, replikasjonsstart for å forhindre skade, og dens cellulære tilstedeværelse kan gå fra ~30-50 kopier per celle til ~200-300 under induksjon av S.O.S. Pol II antas også å være en sikkerhetskopi av Pol III, da den kan samhandle med holoenzymproteiner og anta et høyt prosessivitetsnivå. Hovedrollen til Pol II antas å være evnen til å dirigere polymeraseaktivitet ved replikasjonsgaffelen og bidro til å stoppe Pol III-shuntterminale feiltilpasninger. [ 4 ]

Pol III

DNA-polymerase III-holoenzym er hovedenzymet involvert i DNA-replikasjon i prokaryoter og tilhører familien polymerase C. Det består av tre sammenstillinger: kjernen pol III, slip-clamp-prosessivitetsfaktoren beta og klembelastningskomplekset. Kjernen består av tre underenheter: α, sentrum for polymeraseaktivitet, ɛ, eksonukleolytisk korrekturleser og θ, som kan fungere som en stabilisator for ɛ. Beta-glideklemmeprosessivitetsfaktoren er også til stede i duplikat, en for hver kjerne, for å lage en klemme som omslutter DNA-et, noe som tillater høy prosessivitet. [ 5 ] Det tredje settet er et klemlasterkompleks med syv underenheter (τ2γδδ′χψ).

Den gamle læreboken "trombonemodell" beskriver et forlengelseskompleks med to ekvivalenter av kjerneenzymet ved hver replikasjonsgaffel (RF), en for hver streng, den etterslepende og den ledende. [ 4 ] Nyere bevis fra enkeltmolekylstudier indikerer imidlertid et gjennomsnitt på tre støkiometriske ekvivalenter av kjerneenzym i hver RF for både Pol III og dens B. subtilis-motpart, PolC. [ 6 ] Fluorescensmikroskopi i cellen har avslørt at ryggradssyntese kanskje ikke er helt kontinuerlig, og Pol III* (dvs. α, ε, τ, δ og χ underenhetene til holoenzymet uten klemmeglideren ß2) har en høy dissosiasjonsfrekvens for aktiv RF. [ 7 ] I disse studiene var hastigheten på replikasjonsgaffelrotasjonen omtrent 10 s for Pol III*, 47 s for ß2-glideklemmen og 15 m for DnaB-helikasen. Dette antyder at DnaB-helikasen kan forbli stabilt assosiert i RF-ene og tjene som et kjernepunkt for det kompetente holoenzymet. Enkeltmolekylære in vitro-studier har vist at Pol III* har en høy rate av RF-omsetning når den er i overkant, men forblir stabil assosiert med replikasjonsgafler når konsentrasjonen er begrensende. [ 7 ] En annen enkeltmolekylstudie viste at BDNA-helikaseaktivitet og strengforlengelse kan fortsette med ukoblet stokastisk kinetikk. [ 7 ]

Pol IV

DNA-polymerase IV (Pol IV) er en feilutsatt DNA-polymerase som deltar i ikke-rettet mutagenese. [ 8 ] Pol IV er en Y-familie polymerase uttrykt av dinB genet som aktiveres av SOS induksjon forårsaket av polymeraser stoppet ved replikasjonsgaffelen. Under SOS-induksjon øker Pol IV-produksjonen tidoblet og en av funksjonene i løpet av denne tiden er å forstyrre prosessiviteten til Pol III-holoenzymet. Dette skaper et sjekkpunkt, stopper replikasjon og gir tid til å reparere DNA-lesjoner gjennom den riktige reparasjonsveien. [ 9 ] En annen funksjon av Pol IV er å utføre syntesen av translesjoner ved den stoppede replikasjonsgaffelen, for eksempel å omgå N2-deoksyguaninaddukter med en raskere hastighet enn å krysse uskadet DNA. Celler som mangler dinB-genet har en høyere grad av mutagenese forårsaket av DNA-skadelige midler. [ 10 ]

Pol V

DNA-polymerase V (Pol V) er en Y-familie DNA-polymerase som er involvert i SOS-responsen og DNA-reparasjonsmekanismene for translesjonssyntese. [ 11 ] Pol V-transkripsjon via umuDC-genene er sterkt regulert til å produsere kun Pol V når skadet DNA er tilstede i cellen og genererer en SOS-respons. De stoppede polymerasene får RecA til å binde seg til ssDNA, noe som får LexA-proteinet til å fordøye automatisk. LexA mister da evnen til å undertrykke transkripsjon av umuDC-operonet. Det samme RecA-ssDNA-nukleoproteinet post-translasjonelt modifiserer UmuD-proteinet til UmuD'-protein. UmuD og UmuD' danner en heterodimer som interagerer med UmuC, som igjen aktiverer den katalytiske aktiviteten til umuC-polymerase på skadet DNA. [ 12 ] En polymerase "verktøybelte"-modell har blitt foreslått for å bytte pol III med pol IV i en arrestert replikasjonsgaffel, hvor begge polymerasene binder seg samtidig til β-klemmen. [ 13 ] Imidlertid er involvering av mer enn én TLS-polymerase som arbeider etter hverandre for å forhindre skade ennå ikke påvist i E. coli. Videre kan Pol IV katalysere både innsetting og ekstensjon med høy effektivitet, mens pol V regnes som den viktigste SOS TLS-polymerasen. Et eksempel er avledningen av intrakjede-guanintymintverrbindingen hvor det ble vist, basert på forskjellen i mutasjonssignaturene til de to polymerasene, at pol IV og pol V konkurrerer om TLS av intrakjede-tverrbindingen. [ 13 ]

Familie D

I 1998 ble D-familien av DNA-polymeraser oppdaget. [ 14 ] PolD-komplekset er en tokjedet heterodimer, hver kodet av DP1 (liten fiks) og DP2 (stor katalytisk). I motsetning til andre DNA-polymeraser, ligner strukturen og mekanismen til den katalytiske DP2-kjernen strukturen og mekanismen til RNA-polymeraser med flere underenheter. DP1-DP2-grensesnittet ligner det til den eukaryote klasse B polymerase sinkfinger og dens lille underenhet. DP1, en eksonuklease som ligner på Mre11, er sannsynligvis forløperen til en liten underenhet av Pol α og ε, noe som gir korrekturlesingsevner som nå er tapt i eukaryoter. Dets N-terminale MSM-domene ligner AAA-proteiner, spesielt δ- og RuvB-underenheten til Pol III, i struktur. DP2 har et klasse II KH-domene. PolD er mer varmestabil og mer presis enn Taq-polymerase, men er ennå ikke kommersialisert. Det har blitt antydet at D-familiens DNA-polymerase var den første som utviklet seg i cellulære organismer og at den replikative polymerasen Last Universal Common Ancestor (LUCA) tilhørte D-familien. [ 15 ]

Omvendt transkriptase (RT)

Det er en RNA-avhengig DNA-polymerase (RdDp) som syntetiserer DNA fra en RNA-mal. Revers transkriptase-familien inneholder både DNA-polymerase-funksjonalitet og RNase H-funksjonalitet, som bryter ned RNA sammen med DNA. Revers transkriptase brukes ofte i amplifikasjon av RNA for forskningsformål. Ved å bruke en RNA-mal kan PCR bruke revers transkriptase, og lage en DNA-mal. Denne nye DNA-malen kan brukes til typisk PCR-amplifikasjon. Produktene fra et slikt eksperiment er altså PCR-produkter amplifisert fra RNA.

Omvendt transkripsjon er ledsaget av en malbytte mellom de to kopiene av genomet (kopivalg-rekombinasjon). Fra 5 til 14 rekombinasjonshendelser per genom forekommer i hver replikasjonssyklus. Malbytte (rekombinasjon) ser ut til å være nødvendig for å opprettholde genomintegritet og som en reparasjonsmekanisme for å redde skadede genomer.

DNA-polymerase i eukaryoter

Det finnes flere typer DNA-polymerase i eukaryoter : de er Pol ζ, α, δ, γ, θ, ν, ε, β, σ, λ, μ, ι, κ, η, TDT og RT. Primase (som er en del av DNA-polymerase α-molekylet) syntetiserer RNA-primere og begynner også dobbelttrådet DNA-forlengelse. En polymerase-bytte skjer deretter og DNA-polymerase σ kommer inn, og fortsetter syntesen.

β, λ, σ, μ (beta, lambda, sigma, mu) og TdT polymeraser

X-familiens polymeraser inneholder den velkjente eukaryote polymerasen pol β (beta), så vel som andre eukaryote polymeraser som Pol σ (sigma), Pol λ (lambda), Pol μ (mu) og terminal deoksynukleotidyltransferase (TdT) ). X-familiens polymeraser finnes først og fremst i virveldyr, og noen finnes i planter og sopp. Disse polymerasene har svært konserverte regioner som inkluderer to helix-hårnål-helix-motiver som er avgjørende i DNA-polymerase-interaksjoner. Ett motiv er lokalisert i 8 kDa-domenet som interagerer med nedstrøms DNA og ett motiv er lokalisert i tommeldomenet som interagerer med primer-tråden. Pol β, kodet av POLB-genet, er nødvendig for reparasjon av kort patch-baseeksisjon, en DNA-reparasjonsvei som er avgjørende for å reparere alkylerte eller oksiderte baser så vel som abasiske steder. Pol λ og Pol μ, kodet av henholdsvis POLL- og POLM-genene, er involvert i ikke-homolog endesammenføyning, en mekanisme for å gjenforene DNA-dobbeltstrengsbrudd på grunn av henholdsvis hydrogenperoksid og ioniserende stråling. TdT uttrykkes bare i lymfoid vev og legger til "n nukleotider" til dobbelttrådsbrudd dannet under V(D)J-rekombinasjon for å fremme immunologisk mangfold. [ 16 ]

Polymeraser α, δ og ε (alfa, delta og epsilon)

Pol α (alfa), Pol δ (delta) og Pol ε (epsilon) er medlemmer av B-familiens polymeraser og er de viktigste polymerasene involvert i nukleær DNA-replikasjon. Pol α-komplekset (pol α-DNA-primasekompleks) består av fire underenheter: henholdsvis den katalytiske underenheten POLA1, den regulatoriske underenheten POLA2 og de små og store primose-underenhetene PRIM1 og PRIM2. Når RNA-primeren er opprettet av RNA-primeren, begynner Pol α replikering ved å forlenge primeren med ~20 nukleotider. På grunn av sin høye prosessivitet overtar Pol δ syntesen av ledende og etterslepende kjeder av Pol α. Pol δ uttrykkes av POLD1-genene, og skaper den katalytiske underenheten, POLD2, POLD3 og POLD4 og skaper de andre underenhetene som samhandler med prolifererende cellekjerneantigen (PCNA), som er en DNA-klemme som lar Pol δ ha prosessivitet. Pol ε er kodet av POLE1-genet, den katalytiske underenheten, POLE2 og POLE3. Funksjonen til Pol ε er rapportert å være å forlenge den ledende tråden under replikering, mens Pol δ primært replikerer den etterslepende tråden; nyere bevis antydet imidlertid at Pol δ også kan ha en rolle i DNA-ryggradsreplikasjon. Den C-terminale regionen til Pol ε "polymerase relikvie", selv om den er unødvendig for polymeraseaktivitet, antas å være essensiell for cellulær vitalitet. Den C-terminale regionen antas å gi et sjekkpunkt før man går inn i anafase, gir stabilitet til holoenzymet og tilfører proteiner til holoenzymet som er nødvendig for initiering av replikasjon. Pol ε har et større "palme"-domene som gir høy prosessivitet uavhengig av PCNA.

Sammenlignet med andre B-familie polymeraser, er DEDD-familien av eksonukleaser som er ansvarlige for korrekturlesing inaktivert ved Pol α. Pol ε er unik ved at den har to sinkfingerdomener og en inaktiv kopi av en annen B-familie polymerase ved sin C-terminal. Tilstedeværelsen av denne sinkfingeren har implikasjoner for opprinnelsen til Eukaryota, som i dette tilfellet er plassert i Asgard-gruppen med arkeal polymerase B3.

Polymeraser η, ι og κ (eta, iota og kappa)

Pol η (eta), Pol ι (iota) og Pol κ (kappa), er DNA-polymeraser fra Y-familien involvert i DNA-reparasjon ved translesjonssyntese og kodet av henholdsvis POLH-, POLI- og POLK-genene. Familie Y-medlemmer har fem vanlige motiver for å hjelpe til med å binde underlaget og primerenden, og alle inkluderer domener som er typiske for tommelen, håndflaten og fingeren på høyre hånd med tilleggsdomener som lillefingeren (LF), det polymeraseassosierte domenet ( PAD) eller dukke. Det aktive stedet er imidlertid forskjellig blant familiemedlemmer på grunn av de forskjellige lesjonene som repareres. Y-familiens polymeraser er low-fidelity polymeraser, men har vist seg å gjøre mer nytte enn skade, ettersom mutasjoner som påvirker polymerasen kan forårsake en rekke sykdommer, inkludert hudkreft og variant Xeroderma Pigmentosum (XPS). Betydningen av disse polymerasene er bevist av det faktum at genet som koder for DNA-polymerase η er kjent som XPV, fordi tap av dette genet resulterer i Xeroderma Pigmentosum-varianten av sykdommen. Pol η er spesielt viktig for å tillate presis translesjonssyntese av DNA-skade som følge av ultrafiolett stråling. Funksjonaliteten til Pol κ er ikke fullt ut forstått, men forskere har funnet to sannsynlige funksjoner. Pol κ antas å fungere som en spesifikk baseforlenger eller inserter i visse DNA-lesjoner. Alle tre translesjonssyntetiserende polymeraser, sammen med Rev1, rekrutteres til skadede lesjoner via stoppet replikative DNA-polymeraser. Det er to skadereparasjonsveier som fører til at forskerne konkluderer med at den valgte veien avhenger av hvilken tråd som inneholder skaden, den ledende eller den etterslepende tråden.

Rev1 og ζ(zeta) polymeraser

Pol ζ, en annen familie B-polymerase, består av to underenheter Rev3, den katalytiske underenheten, og Rev7 (MAD2L2), som øker den katalytiske funksjonen til polymerasen og deltar i syntesen av translesjoner. Pol ζ mangler 3' til 5' eksonukleaseaktivitet, den er unik ved at den kan forlenge primere med terminale feiltilpasninger. Rev1 har tre regioner av interesse i BRCT-domenet, ubiquitin-bindende domene og C-terminalt domene og har dCMP-transferase-evne, som legger til motsatte deoksycytidinlesjoner som ville stoppe Pol δ og Pol ε replikative polymeraser. Disse stoppede polymerasene aktiverer ubiquitinkomplekser som igjen dissosierer replikerende polymeraser og rekrutterer Pol ζ og Rev1. Sammen legger Pol ζ og Rev1 til deoksycytidin, og Pol ζ strekker seg utover lesjonen. Gjennom en ennå ikke bestemt prosess dissosieres Pol ζ og replikasjonspolymerasene reassosieres og fortsetter replikasjonen. Pol ζ og Rev1 er ikke nødvendig for replikasjon, men tap av REV3-genet i spirende gjær kan forårsake økt følsomhet for DNA-skadelige midler på grunn av kollaps av replikasjonsgafler der replikasjonspolymeraser har stoppet opp.

γ, θ og ν polymeraser (gamma, theta og nu)

Pol γ (gamma), Pol θ (theta) og Pol ν (nu) er polymeraser av familien A. Pol γ, kodet av POLG-genet, ble lenge antatt å være den eneste mitokondrielle polymerasen. Nyere forskning viser imidlertid at minst Pol β(beta), en familie X-polymerase, også er tilstede i mitokondrier. Enhver mutasjon som resulterer i begrenset eller ikke-fungerende Pol γ har en betydelig effekt på mtDNA og er den vanligste årsaken til autosomale arvelige mitokondrielle lidelser. Pol y inneholder et C-terminalt polymerasedomene og et 3'-5' N-terminalt eksonukleasedomene som er koblet gjennom linkerregionen, som binder seg til den ekstra underenheten. Den ekstra underenheten binder DNA og er nødvendig for prosessivitet av Pol γ. A467T-punktmutasjonen i linkerregionen er ansvarlig for mer enn en tredjedel av alle Pol y-assosierte mitokondrielle lidelser. Selv om mange Pol θ-homologer, kodet av POLQ-genet, finnes i eukaryoter, er deres funksjon ikke klart forstått. Aminosyresekvensen ved C-terminalen er det som klassifiserer Pol θ som en A-familie polymerase, selv om Pol θs feilrate er nærmere knyttet til Y-familie polymeraser. Pol θ forlenger endene av primeren som ikke samsvarer og kan omgå abasiske steder ved å legge til et nukleotid. Den har også deoksyribofosfodiesterase (dRPase) aktivitet i polymerasedomenet og kan vise ATPase-aktivitet i umiddelbar nærhet til ssDNA. Pol ν (nu) regnes som den minst effektive av polymeraseenzymene. Imidlertid spiller nu DNA-polymerase en aktiv rolle i homologireparasjon under cellulære responser på tverrbinding.

Omvendt transkriptase (RT)

Telomerase

Telomerase er et enzym som fungerer for å replikere endene av lineære kromosomer, ettersom normal DNA-polymerase ikke kan replikere ender eller telomerer. Det enkelttrådede 3'-overhenget av det dobbelttrådete kromosomet med sekvensen 5'-TTAGGG-3' rekrutterer telomerase. Telomerase virker som andre DNA-polymeraser ved å forlenge 3'-enden, men i motsetning til andre DNA-polymeraser krever ikke telomerase en mal. TERT-underenheten, et eksempel på en revers transkriptase, bruker RNA-underenheten til å danne primer-template-krysset som lar telomerase utvide 3'-enden av kromosomendene. Den gradvise nedgangen i telomerstørrelse som et resultat av mange replikasjoner gjennom livet antas å være assosiert med effekten av aldring.

Virale DNA-polymeraser

DNA- virus syntetiserer et bredt spekter av DNA-polymeraser, hvorav de fleste ikke er relatert til cellulære DNA-polymeraser eller til andre DNA-virus. Retrotranskriberte virus som HIV er karakterisert ved å syntetisere revers transkriptaser , som er relatert til hverandre og også til cellulære revers transkriptaser, spesielt eukaryote.

Fag Φ29 syntetiserer sin egen DNA-polymerase . Dette enzymet er mye brukt i molekylærbiologi for flere DNA-amplifikasjonsfortrengningsprosedyrer, og har en rekke egenskaper som gjør det spesielt egnet for denne applikasjonen.

Referanser

↑ Hubscher, Ulrich. (2010). DNA-polymeraser: oppdagelse, karakterisering og funksjoner i cellulære DNA-transaksjoner . World Scientific. ISBN 978-981-4299-17-6 . OCLC 670430601 . Hentet 31. januar 2021 .
↑ Camps, Manuel; Loeb, Lawrence A. (2004-02). "Når Pol I går i høygir: prosessiv DNA-syntese av Pol I i cellen" . Cellesyklus 3 ( 2): 114-116. ISSN 1538-4101 . doi : 10.4161/cc.3.2.651 . Hentet 31. januar 2021 .
^ Chien, A.; Edgar, DB; Trela, J.M. (1. september 1976). "Deoksyribonukleinsyrepolymerase fra den ekstreme termofile Thermus aquaticus." . Journal of Bacteriology (på engelsk) 127 (3): 1550-1557. ISSN 0021-9193 . PMID 8432 . doi : 10.1128/jb.127.3.1550-1557.1976 . Hentet 31. januar 2021 .
↑ a b Banach‐Orlowska, Magdalena; Fixalkowska, Iwona J.; Schaaper, Roel M.; Jonczyk, Piotr (2005). "DNA-polymerase II som en troskapsfaktor i kromosomal DNA-syntese i Escherichia coli" . Molecular Microbiology 58 ( 1): 61-70. ISSN 1365-2958 . doi : 10.1111/j.1365-2958.2005.04805.x . Hentet 31. januar 2021 .
↑ Olson, Matthew W.; Dallmann, H. Garry; McHenry, Charles S. (1995-12). "DnaX Complex of Escherichia coli DNA Polymerase III Holoenzyme THE χ ψ" . Journal of Biological Chemistry 270 (49): 29570-29577. ISSN 0021-9258 . doi : 10.1074/jbc.270.49.29570 . Hentet 31. januar 2021 .
↑ Liao, Yi; Li, Yilai; Schroeder, Jeremy W.; Simmons, Lyle A.; Biteen, Julie S. (20. desember 2016). "Enkeltmolekyl DNA-polymerasedynamikk ved et bakteriell replisome i levende celler" . Biophysical Journal (på engelsk) 111 (12): 2562-2569. ISSN 0006-3495 . PMID 28002733 . doi : 10.1016/j.bpj.2016.11.006 . Hentet 31. januar 2021 .
↑ abc " Bakterielle replisomes " . Current Opinion in Structural Biology 53 : 159-168. 1. desember 2018. ISSN 0959-440X . doi : 10.1016/j.sbi.2018.09.006 . Hentet 31. januar 2021 .
^ Goodman, Myron F. (1. juni 2002). "Feilutsatt reparasjon av DNA-polymeraser i prokaryoter og eukaryoter" . Årlig gjennomgang av biokjemi 71 (1): 17-50. ISSN 0066-4154 . doi : 10.1146/annurev.biochem.71.083101.124707 . Hentet 31. januar 2021 .
↑ Mori, Tetsuya; Nakamura, Tatsuro; Okazaki, Naoto; Furukohri, Asako; Maki, Hisaji; Akiyama, Masahiro Tatsumi (2012). "Escherichia coli DinB hemmer replikasjonsgaffelprogresjon uten å indusere SOS-responsen betydelig" . Gener ^|^ Genetiske systemer 87 (2): 75-87. ISSN 1341-7568 . doi : 10.1266/ggs.87.75 . Hentet 31. januar 2021 .
↑ Jarosz, Daniel F.; Godoy, Veronica G.; Walker, Graham C. (1. april 2007). "Kompetansefull og nøyaktig bypass av vedvarende DNA-lesjoner av DinB DNA-polymeraser" . Cellesyklus 6 (7): 817-822. ISSN 1538-4101 . PMID 17377496 . doi : 10.4161/cc.6.7.4065 . Hentet 31. januar 2021 .
↑ Patel, Meghna; Jiang, Qingfei; Woodgate, Roger; Cox, Michael M.; Goodman, Myron F. (1. juni 2010). "En ny modell for SOS-indusert mutagenese: hvordan RecA-protein aktiverer DNA-polymerase V" . Critical Reviews in Biochemistry and Molecular Biology 45 (3): 171-184. ISSN 1040-9238 . PMID 20441441 . doi : 10.3109/10409238.2010.480968 . Hentet 31. januar 2021 .
↑ Sutton, Mark D.; Walker, Graham C. (17. juli 2001). "Håndtering av DNA-polymeraser: Koordinering av DNA-replikasjon, DNA-reparasjon og DNA-rekombinasjon" . Proceedings of the National Academy of Sciences 98 ( 15): 8342-8349. ISSN 0027-8424 . PMID 11459973 . doi : 10.1073/pnas.111036998 . Hentet 31. januar 2021 .
↑ a b Raychaudhury, Paromita; Basu, Ashis K. (29. mars 2011). "Genetiske krav for mutagenese av G[8,5-Me]T-kryssbindingen i Escherichia coli: DNA-polymeraser IV og V konkurrerer om feilutsatt bypass" . Biochemistry 50 (12): 2330-2338. ISSN 0006-2960 . PMID 21302943 . doi : 10.1021/bi102064z . Hentet 31. januar 2021 .
↑ Ishino, Yoshizumi; Komori, Kayoko; Cann, Isaac KO; Koga, Yosuke (15. april 1998). "En ny DNA-polymerasefamilie funnet i Archaea" . Journal of Bacteriology 180 ( 8): 2232-2236. ISSN 0021-9193 . PMID 9555910 . doi : 10.1128/JB.180.8.2232-2236.1998 . Hentet 31. januar 2021 .
↑ Koonin, Eugene V.; Krupovic, Mart; Ishino, Sonoko; Ishino, Yoshizumi (9. juni 2020). "Replikasjonsmaskineriet til LUCA: vanlig opprinnelse til DNA-replikasjon og transkripsjon" . BMC Biology 18 (1): 61. ISSN 1741-7007 . PMID 32517760 . doi : 10.1186/s12915-020-00800-9 . Hentet 31. januar 2021 .
↑ Yamtich, Jennifer; SWEASY, Joann B. (1. mai 2010). "DNA-polymerasefamilie X: Funksjon, struktur og cellulære roller" . Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Proteiner og proteomikk . DNA Polymerase: Structure and Function (på engelsk) 1804 (5): 1136-1150. ISSN 1570-9639 . PMID 19631767 . doi : 10.1016/j.bbapap.2009.07.008 . Hentet 31. januar 2021 .

Bibliografi

" Replikasjonen ".