AP-эндонуклеаза
Фермент, участвующий в восстановлении ДНК

Ленточная диаграмма APE1. PDB = 1de9. [1]

Апуриновая/апиримидиновая ( AP ) эндонуклеаза — это фермент , который участвует в пути репарации оснований ДНК (BER). Его основная роль в репарации поврежденных или несовпадающих нуклеотидов в ДНК заключается в создании надреза в фосфодиэфирном остове AP-сайта, который создается, когда ДНК-гликозилаза удаляет поврежденное основание.

Существует четыре типа AP -эндонуклеаз , которые были классифицированы в соответствии с их механизмом и местом разреза. AP-эндонуклеазы класса I ( EC 4.2.99.18) расщепляют 3′ до AP-сайтов по механизму β-лиазы, оставляя ненасыщенный альдегид, называемый остатком 3′-(4-гидрокси-5-фосфо-2-пентеналя), и 5′-фосфат. AP-эндонуклеазы класса II разрезают ДНК 5′ до AP-сайтов по гидролитическому механизму, оставляя 3′-гидроксил и остаток 5′-дезоксирибозофосфата. [2] AP-эндонуклеазы класса III и класса IV также расщепляют ДНК по фосфатным группам 3′ и 5′ до сайта без оснований, но они генерируют 3′-фосфат и 5′-ОН. [3]

У людей есть две AP-эндонуклеазы, APE1 и APE2 . APE1 проявляет сильную AP-эндонуклеазную активность, которая составляет >95% от общей клеточной активности, и APE1 считается основной AP-эндонуклеазой в клетках человека. [4] Человеческая AP-эндонуклеаза (APE1), как и большинство AP-эндонуклеаз, относится к классу II и требует Mg 2+ в своем активном центре для выполнения своей роли в репарации эксцизии оснований. Дрожжевой гомолог этого фермента — APN1. [5]

Человеческая AP-эндонуклеаза 2 (APE2), как и большинство AP-эндонуклеаз, также относится к классу II. Экзонуклеазная активность APE2 сильно зависит от ионов металлов. Однако APE2 была более чем в 5 раз более активна в присутствии марганца, чем ионов магния. [4] Консервативные домены, участвующие в каталитической активности, расположены в N-концевой части как APE1, так и APE2. Кроме того, белок APE2 имеет C-концевое расширение, которое отсутствует в APE1, но также может быть обнаружено в гомологах человеческого APE2, таких как белки APN2 S. cerevisiae и S. pombe . [4]

Структура АПЭ1

Положительные остатки на поверхности белка APE1 (синего цвета) закрепляют и изгибают ДНК посредством взаимодействия с отрицательными фосфатными группами ДНК. PDB 1de9. [1]
Водородные связи между ключевыми аминокислотными остатками помогают стабилизировать структуру активного сайта. Более того, отрицательно заряженный остаток (Glu 96) помогает удерживать Mg2+, также необходимый для стабилизации сайта AP на месте PDB 1de9. [1]

APE1 содержит несколько аминокислотных остатков, которые позволяют ему избирательно реагировать с AP-сайтами. Три остатка APE1 ( Arg 73, Ala 74 и Lys 78) связываются с тремя последовательными фосфатами ДНК на цепи, противоположной той, которая содержит AP-сайт, в то время как Tyr 128 и Gly 127 охватывают и расширяют малую бороздку, закрепляя ДНК для экстремального изгиба, вызванного взаимодействием между положительными остатками, обнаруженными в четырех петлях и одной α-спирали , и отрицательными фосфатными группами, обнаруженными в фосфодиэфирном остове ДНК.

Этот экстремальный изгиб заставляет часть ДНК без оснований попадать в активный сайт APE1 . Этот активный сайт граничит с Phe 266, Trp 280 и Leu 282, которые плотно прилегают к гидрофобной стороне сайта AP, дискриминируя сайты, которые имеют основания. Затем сайт AP дополнительно стабилизируется посредством водородной связи фосфатной группы 5´ с сайтом AP с Asn 174, Asn212, His 309 и ионом Mg 2+ , в то время как его партнер по орфанному основанию стабилизируется посредством водородной связи с Met 270. Фосфатная группа 3' по отношению к сайту AP стабилизируется посредством водородной связи с Arg 177. Между тем, Asp 210 в активном сайте, который становится более реактивным из-за увеличения его pK a (или отрицательного логарифма константы диссоциации кислоты ), вызванного его стабилизацией посредством водородной связи между Asn68 и Asn212, активирует нуклеофил , который атакует и расщепляет фосфодиэфирный остов и, вероятно, приводит к наблюдаемой максимальной активности APE1 при pH 7,5. [1]

Механизм

Фермент APE1 создает надрез в фосфодиэфирной цепи на абазическом (безосновном) сайте посредством простого механизма ацильной замены. Сначала остаток Asp210 в активном сайте депротонирует молекулу воды, которая затем может выполнить нуклеофильную атаку на фосфатную группу, расположенную 5´ к сайту AP. Затем электроны от одного из атомов кислорода в фосфатной группе перемещаются вниз, выталкивая один из других атомов кислорода, чтобы создать свободную 5´ фосфатную группу на сайте AP и свободный 3´-OH на нормальном нуклеотиде, обе из которых стабилизированы ионом Mg 2+ . [1]

Ингибирование APE1

Лукантон

Известные ингибиторы APE1 включают 7-нитроиндол-2-карбоновую кислоту (NCA) и лукантон . [6] Обе эти структуры обладают кольцами, прикрепленными к коротким цепям, которые кажутся похожими на дезоксирибозное сахарное кольцо без прикрепленного основания и фосфодиэфирной связи в ДНК. Кроме того, обе содержат много акцепторов водородных связей, которые могут взаимодействовать с донорами водородных связей в активном центре APE1, заставляя эти ингибиторы застревать в активном центре и не давая ферменту катализировать другие реакции.

APE1 как химиопрофилактическая цель

Поскольку APE1 выполняет важную функцию в пути репарации ДНК-вырезания, он стал целью для исследователей, ищущих способы предотвращения выживания раковых клеток после химиотерапии. APE1 сам по себе необходим не только для создания надреза в остове ДНК, чтобы ферменты, участвующие позже в пути BER, могли распознавать AP-сайт, он также имеет окислительно-восстановительную функцию, которая помогает активировать другие ферменты, участвующие в репарации ДНК. Таким образом, подавление APE1 может привести к чувствительности опухолевых клеток, тем самым предотвращая сохранение раковых клеток после химиотерапии. [7]

Активность фермента APE2

APE2 имеет гораздо более слабую активность эндонуклеазы AP, чем APE1, но его 3'-5' экзонуклеазная активность сильнее по сравнению с APE1 [8] и он имеет довольно сильную 3'-фосфодиэстеразную активность. [4]

Активность экзонуклеазы APE2 3'–5' способна гидролизовать дуплексную ДНК с тупым концом, частичные дуплексы ДНК с утопленным 3'-концом или однонуклеотидный пробел, содержащий гетеродуплексную ДНК. Активность фосфодиэстеразы APE2 3' может удалять модифицированные 3'-концы, такие как 3'-фосфогликолат, а также несовпадающие нуклеотиды с 3'-конца праймера ДНК. [4]

APE2 необходим для ответа на повреждение ДНК ATR-Chk1 после окислительного стресса.

Ссылки

Молекулярные графические изображения были получены с использованием пакета UCSF Chimera из Ресурса по биовычислениям, визуализации и информатике Калифорнийского университета в Сан-Франциско (при поддержке NIH P41 RR-01081). [9]

  1. ^ abcde Клиффорд Д. Мол; Тахидэ Изуми; Санкар Митра; Джон А. Тайнер (2000). «ДНК-связанные структуры и мутанты обнаруживают абазическое связывание ДНК с помощью репарации и координации ДНК APE1». Nature . 403 (6768): 451–456. doi :10.1038/35000249. PMID  10667800. S2CID  4373743.
  2. ^ Левин, Джошуа Д.; Демпл, Брюс (1990). «Анализ апуриновых/апиримидиновых эндонуклеаз класса II (гидролитических) и класса I (бета-лиаза) с синтетическим субстратом ДНК». Nucleic Acids Research . 18 (17): 5069–75. doi :10.1093/nar/18.17.5069. PMC 332125. PMID  1698278 . 
  3. ^ Гэри М. Майлз; Азиз Санкар (1989). «Репарация ДНК». Химические исследования в токсикологии . 2 (4): 197–226. doi :10.1021/tx00010a001. PMID  2519777.
  4. ^ abcde Burkovics P, Szukacsov V, Unk I, Haracska L (2006). "Человеческий белок Ape2 имеет 3'-5' экзонуклеазную активность, которая действует преимущественно на несовпадающие пары оснований". Nucleic Acids Res . 34 (9): 2508–15. doi :10.1093/nar/gkl259. PMC 1459411. PMID  16687656 . 
  5. ^ Джордж В. Тибор; Дина Р. Маренсейн; Дэвид М. Уилсон III (2004). «Человеческая AP-эндонуклеаза (APE1) демонстрирует эндонуклеолитическую активность против AP-сайтов в одноцепочечной ДНК». Ремонт ДНК . 3 (5): 527–533. doi :10.1016/j.dnarep.2004.01.010. PMID  15084314.
  6. ^ Марк Р. Келли; Мелисса Л. Фишел (2007). «Белок репарации эксцизионных оснований ДНК Ape1/Ref-1 как терапевтическая и химиопрофилактическая цель». Молекулярные аспекты медицины . 28 (3–4): 375–395. doi :10.1016/j.mam.2007.04.005. PMID  17560642.
  7. ^ Марк Р. Келли; Мейхуа Ло; Сара Делафлан; Айхуа Цзян; Эйприл Рид; Ин Хе; Мелисса Фишел; Родни Л. Найланд II; Ричард Ф. Брох; Сизокси Цяо; Милли М. Георгиадис (2008). «Роль многофункционального белка репарации ДНК и окислительно-восстановительной сигнализации Ape1/Ref-1 в раковых и эндотелиальных клетках: ингибирование окислительно-восстановительной функции Ape1 малыми молекулами». Антиоксиданты и окислительно-восстановительная сигнализация . 10 (11): 1–12. doi :10.1089/ars.2008.2120. PMC 2587278. PMID 18627350  . 
  8. ^ Stavnezer J, Linehan EK, Thompson MR, Habboub G, Ucher AJ, Kadungure T, Tsuchimoto D, Nakabeppu Y, Schrader CE (2014). «Дифференциальная экспрессия APE1 и APE2 в зародышевых центрах способствует исправлению, подверженному ошибкам, и мутациям A:T во время соматической гипермутации». Proc. Natl. Acad. Sci. USA . 111 (25): 9217–22. doi : 10.1073/pnas.1405590111 . PMC 4078814. PMID  24927551 . 
  9. ^ EF Pettersen; TD Goddard; CC Huang; GS Couch; DM Greenblat; EC Meng; TE Ferrin (2004). "UCSF Chimera — система визуализации для разведочных исследований и анализа" (PDF) . J. Comput. Chem . 25 (13): 1605–1612. doi :10.1002/jcc.20084. PMID  15264254. S2CID  8747218.
  • Базовое определение эндонуклеазы AP Архивировано 20.06.2010 на Wayback Machine
  • Семейство эндонуклеаз AP 1 в PROSITE
  • Семейство 2 эндонуклеаз AP в PROSITE
  • Применение при удалении длинной заплаты из основания Архивировано 29-09-2007 на Wayback Machine
  • Очистка и характеристика апуриновой/апиримидиновой эндонуклеазы из клеток HeLa Архивировано 29.09.2007 на Wayback Machine
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=AP_endonuclease&oldid=1046294784"