ДНК-3-метиладенингликозилаза
Ген, кодирующий белок у вида Homo sapiens
Миль на галлон
Доступные структуры
ПДБПоиск ортолога: PDBe RCSB
Идентификаторы
ПсевдонимыMPG , AAG, ADPG, APNG, CRA36.1, MDG, Mid1, PIG11, PIG16, anpg, N-метилпурин ДНК-гликозилаза
Внешние идентификаторыOMIM : 156565; MGI : 97073; HomoloGene : 1824; GeneCards : MPG; OMA : MPG - ортологи
Ортологи
РазновидностьЧеловекМышь
Энтрез

4350

268395

Ансамбль

ENSG00000103152

ENSMUSG00000020287

UniProt

P29372

Q04841

RefSeq (мРНК)

НМ_002434
НМ_001015052
НМ_001015054

NM_010822

RefSeq (белок)

НП_001015052
НП_001015054
НП_002425

NP_034952

Местоположение (UCSC)Хр 16: 0,08 – 0,09 МбХр 11: 32.18 – 32.18 Мб
Поиск в PubMed[3][4]
Викиданные
Просмотр/редактирование человекаПросмотр/редактирование мыши

ДНК-3-метиладенингликозилаза, также известная как 3-алкиладенин ДНК гликозилаза (AAG) или N-метилпурин ДНК гликозилаза (MPG), представляет собой фермент , который у человека кодируется геном MPG . [5] [6]

Алкиладенин ДНК гликозилаза является особым типом ДНК гликозилазы . Это подсемейство монофункциональных гликозилаз участвует в распознавании различных повреждений оснований, включая алкилированные и дезаминированные пурины, и инициировании их восстановления через путь репарации эксцизии оснований . [7] На сегодняшний день человеческая AAG (hAAG) является единственной идентифицированной гликозилазой, которая вырезает поврежденные алкилированием пуриновые основания в клетках человека. [8]

Функция

Основания ДНК подвержены большому количеству аномалий: спонтанному алкилированию или окислительному дезаминированию . Подсчитано, что в типичной человеческой клетке в день возникает 10 4 мутаций. Хотя это кажется незначительным количеством, учитывая расширение ДНК (10 10 нуклеотидов), эти мутации приводят к изменениям в структуре и кодирующем потенциале ДНК, влияя на процессы репликации и транскрипции .

3-Метиладенин ДНК гликозилазы способны инициировать репарацию эксцизионных оснований (BER) широкого спектра субстратных оснований, которые из-за своей химической реактивности претерпевают неизбежные модификации, приводящие к различным биологическим результатам. Механизмы репарации ДНК играют жизненно важную роль в поддержании геномной целостности клеток различных организмов, в частности, 3-Метиладенин ДНК гликозилазы встречаются у бактерий , дрожжей , растений , грызунов и людей . Поэтому существуют различные подсемейства этого фермента, такие как человеческая алкиладенин ДНК гликозилаза (hAAG), которые действуют на другие поврежденные основания ДНК, помимо 3-MeA. [9]

Таблица, показывающая наличие (+) или отсутствие (-) биохимической активности между различными подсемействами ДНК-3-метиладенингликозилазы и различными типами поврежденных оснований ДНК.
ярлыкАлкАМАГмаг1АДПГАагАГГаМАГ
3-МеА++++++++
3-МэГ++++++
7-МэГ-+++++++
О2-МеГ-+
О2-МеС-+
7-КЭГ++
7-ГЭГ++
7-ЭтоксиG+
еА-++++++
например+
8-оксог++
Хх-++++++
А++
Г-++++
Т+
С+

Алкилирование восстанавливающая активность

В клетках [10] AAG является ферментом , ответственным за распознавание и инициирование репарации посредством катализа гидролиза N-гликозидной связи для высвобождения поврежденных алкилированием пуриновых оснований. [11] В частности, hAAG способен эффективно идентифицировать и удалять 3-метиладенин, 7-метиладенин, 7-метилгуанин , 1N-этеноаденин и гипоксантин . [12]

Активность дезаминированного основания

МПГ может действовать на все три основания дезаминирования пурина: гипоксантин, ксантин и оксанин. [13]

Оксанин (Oxa) — это дезаминированное повреждение основания, в котором азот N1 заменяется кислородом. В отличие от алкилирующей восстанавливающей активности, которая способна действовать только против пуриновых оснований, hAAG способен вырезать Oxa [14] из всех четырех двухцепочечных пар оснований, содержащих Oxa, Cyt/Oxa, Thy/Oxa, Ade/Oxa и Gua/Oxa, не проявляя особого предпочтения ни к одному из оснований. Кроме того, hAAG способен удалять Oxa из одноцепочечной ДНК, содержащей Oxa. Это происходит потому, что активность ODG hAAG не требует комплементарной цепи.

Структура

Алкиладенин ДНК гликозилаза — мономерный белок, состоящий из 298 аминокислот , с формульным весом 33 кДа. Его каноническая первичная структура состоит из следующей последовательности. Однако были обнаружены и другие функциональные изоформы.

Последовательность ДНК-гликозилазы алкиладенина человека или изоформа 1
Рендеринг PDB на основе 1F6O
Структура человеческой алкиладенин ДНК гликозилазы, полученная с помощью Pymol

Изоформа 2

Последовательность этой изоформы отличается от канонической последовательности следующим образом:

Аминокислоты 1–12: MVTPALQMKKPK → MPARSGA.

Аминокислоты 195-196: QL → HV

Изоформа 3

Последовательность этой изоформы отличается от канонической последовательности аналогично изоформе 2:

Аминокислоты 1–12: MVTPALQMKKPK → MPARSGA.

Изоформа 4

В последовательности этой изоформы отсутствуют аминокислоты 1–17.

Он сворачивается в один домен смешанной структуры α/β с семью α-спиралями и восемью β-нитями . Сердцевина белка состоит из изогнутого антипараллельного β-слоя с выступающей β-шпилькой (β3β4), которая вставляется в малую бороздку связанной ДНК. Серия α-спиралей и соединительных петель образует остальную часть интерфейса связывания ДНК. [15] В нем отсутствует мотив спираль-шпилька-спираль, связанный с другими белками эксцизии-репарации оснований, и, по сути, он не похож ни на одну другую модель в Банке данных белков . [15]

Механизм

Распознавание субстрата

Алкиладенин ДНК-гликозилаза является частью семейства ферментов , которые следуют за BER , действуя на определенные субстраты в соответствии с этапами BER.

Процесс распознавания поврежденных оснований включает начальное неспецифическое связывание с последующей диффузией вдоль ДНК. Образованный комплекс AAG-ДНК, избыточный процесс поиска происходит из-за длительного срока службы этого комплекса, в то время как hAAG ищет много соседних участков в молекуле ДНК в одном связывании. Это дает широкие возможности для распознавания и удаления повреждений, которые минимально нарушают структуру ДНК. [16]

Благодаря своей широкой специфичности hAAG осуществляет выбор субстрата посредством комбинации селективных фильтров. [17]

  • Первый фильтр селективности применяется на этапе перестановки нуклеотидов в непригодных для использования парах оснований, которые представляют собой повреждения.
  • Второй селективный фильтр состоит из каталитического механизма, который гарантирует, что только пуриновые основания будут вырезаны, хотя меньшие пиримидины могут поместиться в активном сайте hAAG . Карман активного сайта разработан для размещения структурно разнообразного набора модифицированных пуринов, поэтому было бы сложно стерически исключить меньшие пиримидиновые основания из связывания. Однако, благодаря разной форме и химическим свойствам связанного пиримидина и пуринового субстрата, кислотно-катализируемый реагирует только с пиримидином, предотвращая его связывание с hAAG. [10]
  • Третий фильтр селективности состоит из неблагоприятных стерических столкновений, которые позволяют преимущественно распознавать пуриновые поражения, лишенные экзоциклических аминогрупп гуанина и аденина.
    Схематическая диаграмма контактов hAAG-ДНК

Переворачивание и фиксация нуклеотидов

Его структура содержит антипараллельный β-слой с выступающей β-шпилькой (β3β4), которая вставляется в малую бороздку связанной ДНК. Эта группа уникальна для клеток человека и смещает выбранный нуклеотид, предназначенный для вырезания основания, переворачивая его. Нуклеотид закрепляется в кармане связывания фермента, где находится активный сайт, и фиксируется аминокислотами Arg182, Glu125 и Ser262. Также образуются другие связи с граничащими нуклеотидами для стабилизации структуры.

Бороздка в двойной спирали ДНК, оставленная вывернутым наружу абазическим нуклеотидом, заполнена боковой цепью аминокислоты Tyr162, не образующей специфических контактов с окружающими основаниями.

Расщепление N-гликозидной связи человеческой алкиладенин-ДНК-гликозилазой

Высвобождение нуклеотидов

Активированная близлежащими аминокислотами молекула воды атакует N-гликозидную связь, высвобождая алкилированное основание посредством механизма обратного замещения.

Расположение

Человеческая алкиладенин ДНК гликозилаза локализуется в митохондриях , ядре и цитоплазме клеток человека. [18] Некоторые функционально эквивалентные ферменты были обнаружены у других видов, имеющих существенно отличающиеся структуры, такие как ДНК-3-метиладенин гликозилаза в E. coli. [15]

Клиническое значение

Согласно механизму, используемому человеческой алкиладениновой ДНК-гликозилазой, дефект в путях репарации ДНК приводит к предрасположенности к раку . HAAG следует за шагами BER, поэтому это означает, что неправильная роль генов BER может способствовать развитию рака. Конкретно, плохая активность hAAG может быть связана с риском рака у носителей мутаций BRCA1 и BRCA2 . [19]

Старение

Как отмечалось выше, ДНК-3-метиладенингликозилаза (также называемая 3-алкиладенин ДНК гликозилазой или AAG) способна идентифицировать и удалять различные поврежденные алкилированием пуриновые основания. Такие повреждения пуриновых оснований возникают в ДНК спонтанно. Двойные мутантные мыши, дефицитные как по AAG, так и по другому ферменту, который специфически восстанавливает повреждения O6MeG ( O-6-метилгуанин-ДНК метилтрансфераза ), имели более короткую продолжительность жизни и старели быстрее, чем мыши дикого типа. [20] Эти результаты указывают на то, что поврежденные пуриновые основания способствуют процессу старения, что согласуется с теорией старения, основанной на повреждении ДНК .

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abc GRCh38: Ensembl выпуск 89: ENSG00000103152 – Ensembl , май 2017 г.
  2. ^ abc GRCm38: Ensembl выпуск 89: ENSMUSG00000020287 – Ensembl , май 2017 г.
  3. ^ "Human PubMed Reference:". Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США .
  4. ^ "Mouse PubMed Reference:". Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США .
  5. ^ Чакраварти Д., Ибеану Г. К., Тано К., Митра С. (август 1991 г.). «Клонирование и экспрессия в Escherichia coli человеческой кДНК, кодирующей белок репарации ДНК N-метилпурин-ДНК-гликозилазу». Журнал биологической химии . 266 (24): 15710– 5. doi : 10.1016/S0021-9258(18)98467-X . PMID  1874728.
  6. ^ "Ген Энтреза: MPG N-метилпурин-ДНК-гликозилаза".
  7. ^ Хеджлин М., О'Брайен П.Дж. (2008). «Человеческая алкиладениновая ДНК-гликозилаза использует процессный поиск повреждений ДНК». Биохимия . 47 (44): 11434– 45. doi : 10.1021/bi801046y. PMC 2702167. PMID  18839966. 
  8. ^ Abner CW, Lau AY, Ellenberger T, Bloom LB (апрель 2001 г.). «Вырезание оснований и связывающая ДНК активность человеческой алкиладенин ДНК гликозилазы чувствительны к основанию, связанному с повреждением». Журнал биологической химии . 276 (16): 13379– 87. doi : 10.1074/jbc.M010641200 . PMID  11278716.
  9. ^ Wyatt MD, Allan JM, Lau AY, Ellenberger TE, Samson LD (август 1999). "3-метиладенин ДНК-гликозилазы: структура, функция и биологическое значение". BioEssays . 21 (8): 668– 676. doi :10.1002/(SICI)1521-1878(199908)21:8<668::AID-BIES6>3.0.CO;2-D. PMID  10440863. S2CID  29109365.
  10. ^ ab O'Brien PJ, Ellenberger T (октябрь 2003 г.). "Человеческая алкиладениновая ДНК-гликозилаза использует кислотно-щелочной катализ для селективного удаления поврежденных пуринов". Биохимия . 42 (42): 12418– 29. doi :10.1021/bi035177v. PMID  14567703.
  11. ^ Admiraal SJ, O'Brien PJ (октябрь 2010 г.). "Образование N-гликозильной связи, катализируемое алкиладениновой ДНК-гликозилазой человека". Биохимия . 49 (42): 9024– 6. doi :10.1021 / bi101380d. PMC 2975558. PMID  20873830. 
  12. ^ Холлис Т, Лау А, Элленбергер Т (август 2000 г.). «Структурные исследования человеческой алкиладенингликозилазы и 3-метиладенингликозилазы E. coli». Mutation Research . 460 ( 3–4 ): 201–10 . doi :10.1016/S0921-8777(00)00027-6. PMID  10946229.
  13. ^ Хичкок, Томас М.; Донг, Лян; Коннор, Эллен Э.; Мейра, Лисиан Б.; Сэмсон, Леона Д.; Уайетт, Майкл Д.; Као, Вэйгуо (2004). «Активность оксаниновой ДНК-гликозилазы из алкиладениновой гликозилазы млекопитающих». Журнал биологической химии . 279 (37): 38177– 38183. doi : 10.1074/jbc.m405882200 . ISSN  0021-9258. PMID  15247209.
  14. ^ Hitchcock TM, Dong L, Connor EE, Meira LB, Samson LD, Wyatt MD, Cao W (сентябрь 2004 г.). «Активность гликозилазы оксанин-ДНК из алкиладенин-гликозилазы млекопитающих». Журнал биологической химии . 279 (37): 38177– 83. doi : 10.1074/jbc.M405882200 . PMID  15247209.
  15. ^ abc Lau AY, Schärer OD, Samson L, Verdine GL, Ellenberger T (октябрь 1998 г.). «Кристаллическая структура фермента репарации ДНК с алкильным основанием человека, комплексированного с ДНК: механизмы переворачивания нуклеотидов и удаления оснований». Cell . 95 (2): 249–58 . doi : 10.1016/S0092-8674(00)81755-9 . PMID  9790531. S2CID  14125483.
  16. ^ Чжан, Яру (2014). Специфичность и механизм поиска алкиладенин ДНК гликозилазы (диссертация). hdl :2027.42/110472.
  17. ^ Хеджлин М., О'Брайен П.Дж. (2008). «Человеческая алкиладениновая ДНК-гликозилаза использует процессный поиск повреждений ДНК». Биохимия . 47 (44): 11434– 11445. doi :10.1021/bi801046y. PMC 2702167. PMID  18839966 . 
  18. ^ van Loon B, Samson LD (март 2013 г.). «Алкиладенин ДНК-гликозилаза (AAG) локализуется в митохондриях и взаимодействует с митохондриальным одноцепочечным связывающим белком (mtSSB)» (PDF) . Ремонт ДНК . 12 (3): 177– 87. doi :10.1016/j.dnarep.2012.11.009. hdl :1721.1/99514. PMC 3998512 . PMID  23290262. 
  19. ^ Osorio A, Milne RL, Kuchenbaecker K, Vaclová T, Pita G, Alonso R и др. (апрель 2014 г.). «ДНК-гликозилазы, участвующие в репарации эксцизионных оснований, могут быть связаны с риском рака у носителей мутаций BRCA1 и BRCA2». PLOS Genetics . 10 (4): e1004256. doi : 10.1371/journal.pgen.1004256 . PMC 3974638 . PMID  24698998. 
  20. ^ Meira LB, Calvo JA, Shah D, Klapacz J, Moroski-Erkul CA, Bronson RT, Samson LD (сентябрь 2014 г.). «Репарация эндогенных повреждений оснований ДНК модулирует продолжительность жизни у мышей». DNA Repair . 21 : 78–86 . doi :10.1016/j.dnarep.2014.05.012. PMC 4125484. PMID  24994062 . 

Дальнейшее чтение

  • Hollis T, Lau A, Ellenberger T (август 2000 г.). «Структурные исследования человеческой алкиладенингликозилазы и 3-метиладенингликозилазы E. coli». Mutation Research . 460 ( 3– 4): 201– 10. doi :10.1016/S0921-8777(00)00027-6. PMID  10946229.
  • O'Connor TR, Laval J (май 1991). "Человеческая кДНК, экспрессирующая функциональную ДНК-гликозилазу, вырезающую 3-метиладенин и 7-метилгуанин". Biochemical and Biophysical Research Communications . 176 (3): 1170– 7. doi :10.1016/0006-291X(91)90408-Y. PMID  1645538.
  • Samson L, Derfler B, Boosalis M, Call K (октябрь 1991 г.). «Клонирование и характеристика кДНК 3-метиладенин ДНК-гликозилазы из клеток человека, ген которой картируется на хромосоме 16». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 88 (20): 9127– 31. Bibcode : 1991PNAS...88.9127S. doi : 10.1073/pnas.88.20.9127 . PMC  52665. PMID  1924375 .
  • Kielman MF, Smits R, Devi TS, Fodde R, Bernini LF (1993). "Гомология области размером 130 кб, охватывающей кластер генов альфа-глобина, область контроля альфа-локуса и два неглобиновых гена у человека и мыши". Геном млекопитающих . 4 (6): 314–23 . doi :10.1007/BF00357090. PMID  8318735. S2CID  24711956.
  • Vickers MA, Vyas P, Harris PC, Simmons DL, Higgs DR (апрель 1993 г.). «Структура гена человеческой 3-метиладенин ДНК-гликозилазы и локализация вблизи теломеры 16p». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 90 (8): 3437– 41. Bibcode : 1993PNAS...90.3437V. doi : 10.1073/pnas.90.8.3437 . PMC  46315. PMID  8475094 .
  • Lau AY, Schärer OD, Samson L, Verdine GL, Ellenberger T (октябрь 1998 г.). «Кристаллическая структура фермента репарации ДНК с алкильным основанием человека, комплексированного с ДНК: механизмы переворачивания нуклеотидов и удаления оснований». Cell . 95 (2): 249– 58. doi : 10.1016/S0092-8674(00)81755-9 . PMID  9790531. S2CID  14125483.
  • Miao F, Bouziane M, Dammann R, Masutani C, Hanaoka F, Pfeifer G, O'Connor TR (сентябрь 2000 г.). "3-метиладенин-ДНК-гликозилаза (белок MPG) взаимодействует с белками RAD23 человека". Журнал биологической химии . 275 (37): 28433– 8. doi : 10.1074/jbc.M001064200 . PMID  10854423.
  • Lau AY, Wyatt MD, Glassner BJ, Samson LD, Ellenberger T (декабрь 2000 г.). «Молекулярная основа для различения нормальных и поврежденных оснований человеческой алкиладенингликозилазой, AAG». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 97 (25): 13573– 8. Bibcode :2000PNAS...9713573L. doi : 10.1073/pnas.97.25.13573 . PMC  17617 . PMID  11106395.
  • Daniels RJ, Peden JF, Lloyd C, Horsley SW, Clark K, Tufarelli C, Kearney L, Buckle VJ, Doggett NA, Flint J, Higgs DR (февраль 2001 г.). «Последовательность, структура и патология полностью аннотированного конца 2 Мб короткого плеча человеческой хромосомы 16». Молекулярная генетика человека . 10 (4): 339–52 . doi : 10.1093/hmg/10.4.339 . PMID  11157797.
  • Kim NK, An HJ, Kim HJ, Sohn TJ, Roy R, Oh D, Ahn JY, Hwang TS, Cha KY (2002). «Измененная экспрессия белка репарации ДНК, N-метилпурин-ДНК-гликозилазы (MPG) в гонадах человека». Anticancer Research . 22 (2A): 793– 8. PMID  12014652.
  • Vallur AC, Feller JA, Abner CW, Tran RK, Bloom LB (август 2002 г.). «Влияние водородных связей в поврежденной паре оснований на активность дикого типа и интеркалирующих ДНК мутантов человеческой алкиладенин-ДНК-гликозилазы». Журнал биологической химии . 277 (35): 31673– 8. doi : 10.1074/jbc.M204475200 . PMID  12077143.
  • Kim NK, Ahn JY, Song J, Kim JK, Han JH, An HJ, Chung HM, Joo JY, Choi JU, Lee KS, Roy R, Oh D (2003). «Экспрессия фермента репарации ДНК, N-метилпурин-ДНК-гликозилазы (MPG) в астроцитарных опухолях». Anticancer Research . 23 (2B): 1417– 23. PMID  12820404.
  • Watanabe S, Ichimura T, Fujita N, Tsuruzoe S, Ohki I, Shirakawa M, Kawasuji M, Nakao M (октябрь 2003 г.). «Метилированный ДНК-связывающий домен 1 и метилпурин-ДНК-гликозилаза связывают транскрипционную репрессию и репарацию ДНК в хроматине». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 100 (22): 12859– 64. Bibcode : 2003PNAS..10012859W. doi : 10.1073 /pnas.2131819100 . PMC  240709. PMID  14555760.
  • O'Brien PJ, Ellenberger T (октябрь 2003 г.). «Человеческая алкиладениновая ДНК-гликозилаза использует кислотно-щелочной катализ для селективного удаления поврежденных пуринов». Биохимия . 42 (42): 12418– 29. doi :10.1021/bi035177v. PMID  14567703.
  • O'Brien PJ, Ellenberger T (март 2004 г.). «Изучение широкой субстратной специфичности человеческой 3-метиладенин-ДНК-гликозилазы». Журнал биологической химии . 279 (11): 9750– 7. doi : 10.1074/jbc.M312232200 . PMID  14688248.
  • Likhite VS, Cass EI, Anderson SD, Yates JR, Nardulli AM (апрель 2004 г.). «Взаимодействие эстрогенового рецептора альфа с 3-метиладенин ДНК-гликозилазой модулирует транскрипцию и репарацию ДНК». Журнал биологической химии . 279 (16): 16875– 82. doi : 10.1074/jbc.M313155200 . PMID  14761960.
  • Hitchcock TM, Dong L, Connor EE, Meira LB, Samson LD, Wyatt MD, Cao W (сентябрь 2004 г.). «Активность гликозилазы оксанин-ДНК из алкиладенингликозилазы млекопитающих». Журнал биологической химии . 279 (37): 38177– 83. doi : 10.1074/jbc.M405882200 . PMID  15247209.
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=ДНК-3-метиладенин_гликозилаза&oldid=1238709160"