Ада Реглон - Википедия - Ada regulon

В Ремонт ДНК, то Ада Реглон это набор гены чей выражение имеет важное значение для адаптивный ответ (также известный как "ответ Ада", отсюда и название), который запускается в прокариотические клетки воздействием сублетальных доз алкилирующие агенты. Это позволяет клеткам переносить воздействие таких агентов, которые в остальном токсичны и мутагены.

Ответ Ады включает экспрессию четырех генов: ada, alkA, alkB и aidB. Продукт Ада Ген, белок Ада, является активатором транскрипции всех четырех генов. Основания ДНК, поврежденные алкилированием, удаляются разными способами.

Алкилирующие агенты

Алкилирующие агенты из группы мутагенов и канцерогенов, которые модифицируют ДНК путем алкилирование. Повреждения алкильных оснований могут останавливать репликацию, прерывать транскрипцию или сигнализировать об активации контрольных точек клеточного цикла или апоптоз. У млекопитающих они могут участвовать в канцерогенез, нейродегенеративный болезни и старение. Алкилирующие агенты могут вводить метильные или этильные группы у всех доступных атомов азота и кислорода в основаниях ДНК, вызывая ряд повреждений.

Большинство данных указывает на то, что среди 11 идентифицированных модификаций основания две, 3-метиладенин (3meA) и O6-метилгуанин (O6-meG), в основном отвечают за биологические эффекты алкилирующих агентов.[1]

Роли Ада-регулируемые гены

В Ада протеин состоит из двух основных доменов, C-концевого домена и N-концевого домена, связанных шарнирной областью, чувствительной к протеолитическому расщеплению. Эти домены могут функционировать независимо. AdaCTD переносит метильные аддукты от O6-meG и O4-meG на свой остаток Cys-321, тогда как AdaNTD деметилирует метилфосфотриэфиры путем переноса метила на его остаток Cys-38.[2][3][4]

В alkA ген кодирует гликозилаза который лечит различные поражения, включая N-7-Methylguanine и N-3-метилпурины и O2-метилпиримидины.[2] Белок AlkA удаляет поврежденное основание из сахарно-фосфатного остова, разрывая гликозильную связь, прикрепляющую основу к сахару, создавая базовый сайт. Дальнейшая обработка абазического сайта эндонуклеазами АР, полимеразой I и лигаза после этого завершаем ремонт.[5]

AlkB, один из кишечная палочка белки адаптивного ответа используют α-кетоглутарат / Fe (II) -зависимый механизм, который путем химического окисления удаляет множество алкильных повреждений ДНК, тем самым обеспечивая защиту генома от алкилирования.[6]

В AidB Предполагается, что белок принимает участие в деградации эндогенных алкилирующих агентов.[7][8] Он показывает некоторую гомологию с ацил-КоА оксидазами и оксидазами, содержащими флавины.[7] Недавние наблюдения предполагают, что AidB может связываться с двухцепочечной ДНК и участвовать в ее деалкилировании.[8] Однако для точного определения функции AidB необходимы дальнейшие исследования.

Регулирование транскрипции

Регулирующая сеть Ada

Ответ Ады включает экспрессию четырех генов: Ада, alkA, alkB, и помощьB. Продукт Ада ген, Ада протеин является активатор транскрипции всех четырех генов.

Ада имеет два активных акцептора метила цистеин остатки, необходимые для деметилирования ДНК. Оба сайта могут метилироваться, когда белок Ada переносит метильную группу из соответствующих повреждений ДНК на себя. Эта реакция необратима, и метилированная Ада (ме-Ада) может действовать как активатор транскрипции.

Белок Ada активирует транскрипцию Ada регулон двумя разными способами. В случае Ада-alkB оперон, а помощьB промотор N-концевой домен (AdaNTD) участвует в связывании ДНК и взаимодействует с единицей РНК-полимеразы, тогда как метилированный C-концевой домен (me-AdaCTD) взаимодействует с σ70 субъединица РНК-полимеразы. Хотя эти взаимодействия независимы, оба они необходимы для активации транскрипции.

Для активации alkA ген, AdaNTD взаимодействует с обоими, α и σ субъединицы РНК-полимеразы и активирует транскрипцию. В отличие от Ада и помощьB промоторы, неметилированная форма Ада белок, как и метилированная форма AdaNTD, способен активировать транскрипцию на alkA.

Метилированный Ada способен активировать транскрипцию с помощью σS а также σ70 на обоих Ада и помощьB промоутеры.[9][10] Напротив, ме-Ада не только не стимулирует alkA транскрипция σS, но отрицательно влияет на σS зависимая транскрипция.

Внутриклеточные концентрации σS увеличиваются, когда клетки достигают стационарная фаза; это, в свою очередь, приводит к опосредованному ме-Ада снижению экспрессии AlkA. Следовательно, увеличение экспрессии генов адаптивного ответа, параллельно с экспрессией генов, продуцирующих эндогенные алкиляторы во время стационарной фазы, предотвращает повреждение ДНК и алкилирование. мутагенез.

Гомологи Ада-регулона у человека

В клетках человека активность алкилтрансферазы является продуктом MGMT ген.[11][12] 21,7 кДа MGMT белок состоит из аминокислотных последовательностей, очень похожих на последовательности Кишечная палочка алкилтрансферазы, подобные Ада. В отличие от бактериальных ферментов он в основном восстанавливает O6meG, тогда как удаление алкильного аддукта из O4meT намного медленнее и значительно менее эффективен.[13][14] Льготный ремонт О6meG полезен для эукариотических клеток, поскольку у экспериментальных животных, получавших алкилирующие канцерогены, это поражение участвует в стимуляции опухоли.

в отличие от Ада и человек MGMT метилтрансферазы, AlkB и его человеческие гомологи hABH2 и hABH3 не только непосредственно повреждают основания обратным алкилированием, но они делают это каталитически и с субстратной специфичностью, направленной на поверхность раздела пар оснований G: C и A: T.[15][16][17] Кристаллические структуры AlkB и его человеческий гомолог hABH3 показали аналогичные общие складки, выделив консервативные функциональные домены.[18]

Рекомендации

  1. ^ Singer B (1976) Все атомы кислорода в нуклеиновых кислотах реагируют с канцерогенными этилирующими агентами. Природа 264: 333–339
  2. ^ а б Lindahl T, Sedgwick B, Sekiguchi M, Nakabeppu Y (1988) Регулирование и выражение адаптивного ответа на алкилирующие агенты. Ежегодный обзор биохимии. 57: 133–157
  3. ^ Мур М.Х., Гулбис Дж.М., Додсон Э.Дж., Демпл Б., Муди П.С. (1994) Кристаллическая структура суицидного белка репарации ДНК: метилтрансфераза Ada O6-метилгуанин-ДНК из E. coli. EMBO Journal. 13: 1495–1501.
  4. ^ He C, Wei H, Verdine GL (2003). Превращение жертвенного белка репарации ДНК N-Ada в каталитический фермент репарации метилфосфотриэфира. Журнал Американского химического общества. 125: 1450–1451.
  5. ^ Волкерт, М. Р. 1988. Адаптивный ответ Escherichia coli на повреждение алкилирования. Экологический и молекулярный мутагенез. 11: 241–255.
  6. ^ Дею Ли, Джеймс С. Делани, Шарлотта М. Пейдж и др., «Восстановление повреждений ДНК при алкилировании с помощью белка адаптивного ответа Escherichia coli AlkB по данным масс-спектрометрии ESI-TOF», Journal of Nucleic Acids, vol. 2010, идентификатор статьи 369434, 9 страниц, 2010 г. Дои:10.4061/2010/369434
  7. ^ а б Landini P, Hajec LI, Volkert MR (1994) Структура и регуляция транскрипции гена адаптивного ответа Escherichia coli aidB. Журнал бактериологии. 176: 6583–6589.
  8. ^ а б Rohankhedkar MS, Mulrooney SB, Wedemeyer WJ, Hausinger RP (2006) Компонент AidB адаптивного ответа Escherichia coli на алкилирующие агенты представляет собой флавинсодержащий ДНК-связывающий белок. Журнал бактериологии. 188: 223–230.
  9. ^ Ландини П., Л. И. Хаец, Л. Х. Нгуен, Р. Р. Берджесс и М. Р. Волкерт, 1996. Белок, чувствительный к лейцину (lrp), действует как специфический репрессор для sigmaS-зависимой транскрипции гена aidB Escherichia coli. Молекулярная микробиология. 20: 947–955.
  10. ^ Таверна П. и Б. Седжвик. 1996. Создание эндогенных метилирующих агентов путем нитрозирования в Escherichia coli. Журнал бактериологии. 178: 5105–5111.
  11. ^ Харрис А.Л., Карран П., Линдал Т. (1983) О6-Метилгуанин-ДНК-метилтрансфераза лимфоидных клеток человека: структурные и кинетические свойства и отсутствие в репарационно-дефицитных клетках. Cancer Res 43: 3247–3252.
  12. ^ Kataoka H, ​​Hall J, Karran P (1986) Дополнение чувствительности к алкилирующим агентам в клетках яичников Escherichia coli и китайского хомячка путем экспрессии клонированного гена репарации бактериальной ДНК. EMBO Journal. 5: 3195–3200.
  13. ^ Brennand J, Margison GP (1986) Экспрессия в клетках млекопитающих усеченного гена Escherichia coli, кодирующего O6-алкилгуаниналкилтрансферазу, снижает токсические эффекты алкилирующих агентов. Канцерогенез 7: 2081–2084.
  14. ^ Koike G, Maki H, Takeya H, Hayakawa H, Sekiguchi M (1990) Очистка, структура и биохимические свойства человеческого O6-метилгуанин-ДНК-метилтрансфераза. Журнал биологической химии. 265: 14754–14762.
  15. ^ Трюик, С. К., Хеншоу, Т. Ф., Хаусингер, Р. П., Линдал, Т., Седжвик, Б. (2002) Nature 419, 174–178.
  16. ^ Фалнес П. О., Йохансен Р. Ф. и Сиберг Э. (2002) Nature 419, 178–182.
  17. ^ Дункан Т., Трюик С.С., Койвисто П., Бейтс П.А., Линдал Т. и Седжвик Б. (2002) Proc. Natl. Акад. Sci. USA 99, 16660–16665.
  18. ^ Ядвига Н. и Эльбиета Г. (2007), Бактериальные гены репарации ДНК и их эукариотические гомологи: 3. Диоксигеназа AlkB и метилтрансфераза Ада в прямой репарации алкилированной ДНК. Acta Biochemica Polonica, Vol. 54 № 3/2007, 459–468.