Белки скользящей застёжки

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
(перенаправлено с «DNA clamp»)
Перейти к: навигация, поиск
Человеческие белки скользящей застёжки (PCNA). Вид сверху и сбоку. N-конец окрашен синим, С-конец — красным. Через центральную пору проходит двойная спираль ДНК[1].

Белки́ скользя́щей застёжки, или скользя́щего зажи́ма (англ. DNA clamp) — белки, которые выполняют функцию усилителя процессивности при репликации ДНК.

Белки скользящей застёжки являются важным компонентом холофермента ДНК-полимеразы III и предотвращают диссоциацию фермента от матрицы ДНК. Так как лимитирующей стадией в реакции синтеза ДНК является связывание ДНК-полимеразы с матрицей, присутствие белка скользящей застёжки значительно увеличивает количество присоединяемых к растущей цепи нуклеотидов за один акт присоединения фермента к матрице. Это объясняется тем, что белок-белковое взаимодействие сильнее и является более специфическим, чем взаимодействие полимеразы и матрицы ДНК. Белки скользящей застёжкт увеличивают скорость синтеза ДНК до тысячи раз в сравнении с непроцессивной полимеразой[2].

Структура[править | править исходный текст]

Белки скользящего зажима (застёжки) представляют собой α+β-белки, которые собираются в мультимерные структуры, полностью окружающие кольцом двойную спираль ДНК, когда ДНК-полимераза добавляет нуклеотиды на растущую цепь[3]. Они окружают ДНК в области репликационной вилки и «скользят» по ДНК вместе с продвигающейся вперёд полимеразой. Скольжение облегчается наличием слоя молекул воды в центральной поре зажима; этот слой разделяет поверхность белка и ДНК, играя роль смазки. Из-за тороидальной формы мультимера зажим не может диссоциировать от ДНК без распада на мономеры.

Белки скользящей застёжки выявлены у бактерий, архей, эукариот и некоторых вирусов. У бактерий застёжка представляет собой гомодимер, состоящий из двух идентичных β-субъединиц ДНК-полимеразы III[en], и поэтому называется β-застёжкой. У архей[4] и эукариот застёжка является тримером из трёх молекул PCNA[en]. Фаг Т4 также имеет скользящую застёжку. Она называется gp45 и представляет собой тример, по структуре схожий с тримером архей и эукариот, однако входящие в его состав мономеры не обнаруживают гомологии последовательности аминокислот как с PCNA, так и с β-субъединицами[3].

Царство Белки скользящей застёжки Агрегационное состояние Связанная ДНК-полимераза
Бактерии β-субъединицы ДНК-полимеразы III димер ДНК-полимераза III[en]
Археи PCNA[en] архей тример ДНК-полимераза ε
Эукариоты PCNA тример ДНК-полимераза δ[en]
Вирусы gp43 / gp45 тример RB69 ДНК-полимераза / T4 ДНК-полимераза

Бактерии[править | править исходный текст]

Структура димера β-субъединиц ДНК-полимеразы III E. coli[5]

Как уже говорилось, у бактерий скользящая застёжка представляет собой димер из двух β-субъединиц холофермента ДНК-полимеразы III (β-clamp). Две β-субъединицы собираются около ДНК при помощи γ-субъединицы и за счёт энергии гидролиза АТФ. После сборки димера вокруг ДНК сродство β-субъединиц к γ-субъединице сменяется сродством к α- и ε-субъединицам; таким образом формируется полный холофермент[6][7][8]. ДНК-полимераза III является важнейшим ферментативным комплексом, задействованным в репликации ДНК у бактерий.

γ-комплекс ДНК-полимеразы III, образованный субъединицами γδδ'χψ, катализирует гидролиз АТФ и направляет полученную энергию на сборку β-димера вокруг ДНК, выступая, таким образом, в роли шаперона. Связавшись с ДНК, β-димер моет свободно скользить по двойной спирали ДНК. α-субъединица обеспечивает полимеразную активность ДНК-полимеразы, а ε-субъединица играет роль 3'—5'-экзонуклеазы[8].

β-субъединица бактериальной ДНК-полимеразы III состоит из трёх топологически неэквивалентных доменов (С-концевого, центрального и N-концевого). Две β-субъединицы плотно взаимодействуют друг с другом, формируя замкнутое кольцо вокруг двойной спирали ДНК.

Эукариоты и археи[править | править исходный текст]

Скользящая застёжка человека — тример PCNA[9]

У эукариот скользящая застёжка состоит из специфических субъединиц ДНК-полимеразы δ, называемых ядерным антигеном пролиферирующих клеток (англ. Proliferating cell nuclear antigen, PCNA[en]). С-концевые и N-концевые домены PCNA топологически идентичны. Три молекулы PCNA плотно взаимодействуют друг с другом, формируя замкнутое кольцо вокруг двойной спирали ДНК.

Аминокислотная последовательность PCNA достаточно консервативна среди животных и растений. Это иллюстрирует давление естественного отбора, способствующее консервативности структуры, а также подтверждает, что такой тип репликации ДНК является общим для всех эукариот[10].

Белки, гомологичные PCNA, были также выявлены у архей (Euryarchaeota и Crenarchaeota), у вируса Paramecium bursaria Chlorella virus 1 (PBCV-1), а также у ядерных полиэдрозных вирусов[en].

Вирусы[править | править исходный текст]

Структура белка скользящей застёжки (gp45) фага Т4[11]

Субъединица вирусного белка скользящей застёжки — gp45 — включает 2 домена. Каждый домен состоит из двух α-спиралей и двух β-слоёв. Таким образом, эта субъединица содержит 2 топологически идентичных фолда и имеет внутреннюю псевдосимметрию относительно них. 3 молекулы gp45 плотно взаимодействуют друг с другом, формируя замкнутое кольцо вокруг двойной спирали ДНК[12].

Сборка[править | править исходный текст]

Белки скользящей застёжки доставляются на соответствующую двойную спираль ДНК особым белком, известным как репликационный фактор С[en] (белки-погрузчики белков скользящей застёжки[13]), которые также разбирают комплекс застёжки после того, как репликация завершится. Сайты связывания этих инициаторных белков (погрузчиков) перекрываются с сайтами связывания ДНК-полимеразы, поэтому белки застёжки не могут одновременно быть связанными с погрузчиками и ДНК-полимеразой. Поэтому комплекс застёжки не будет разбираться, пока они остаются связанными с ДНК-полимеразой. Белки скользящей застёжки также связываются с другими факторами, участвующими в поддержании гомеостаза ДНК и генома, например, факторами сборки нуклеосом, лигазами, сшивающими фрагменты Оказаки, а также белками репарации ДНК. У всех этих белков сайты связывания на белках застёжки также перекрываются с сайтами связывания погрузчиков. Это тоже гарантирует то, что застёжка не будет разобрана, пока любой из этих ферментов продолжает работать. Для работы белков-погрузчиков необходима энергия гидролиза АТФ, чтобы замкнуть белки застёжки вокруг ДНК.

Примечания[править | править исходный текст]

  1. PDB 1W60; Kontopidis G, Wu SY, Zheleva DI, Taylor P, McInnes C, Lane DP, Fischer PM, Walkinshaw MD (February 2005). «Structural and biochemical studies of human proliferating cell nuclear antigen complexes provide a rationale for cyclin association and inhibitor design». Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 102 (6): 1871–6. DOI:10.1073/pnas.0406540102. PMID 15681588.
  2. V. Mizrahi, R. N. Henrie, J. F. Marlier, K. A. Johnson, S. J. Benkovic (1985). «Rate-limiting steps in the DNA polymerase I reaction pathway». Biochemistry 24 (15): 4010–4018. DOI:10.1021/bi00336a031.
  3. 1 2 Bruck I, O'Donnell M (2001). «The ring-type polymerase sliding clamp family». Genome Biol. 2 (1): REVIEWS3001. DOI:10.1186/gb-2001-2-1-reviews3001. PMID 11178284.
  4. Matsumiya S, Ishino Y, Morikawa K (January 2001). «Crystal structure of an archaeal DNA sliding clamp: Proliferating cell nuclear antigen from Pyrococcus furiosus». Protein Sci. 10 (1): 17–23. DOI:10.1110/ps.36401. PMID 11266590.
  5. PDB 1MMI; Oakley AJ, Prosselkov P, Wijffels G, Beck JL, Wilce MC, Dixon NE (July 2003). «Flexibility revealed by the 1.85 Å crystal structure of the beta sliding-clamp subunit of Escherichia coli DNA polymerase III». Acta Crystallogr. D Biol. Crystallogr. 59 (Pt 7): 1192–9. DOI:10.1107/S0907444903009958. PMID 12832762.
  6. Lewin, Benjamin Genes VI. — Oxford [Oxfordshire]: Oxford University Press, 1997. — P. 484–7. — ISBN 0-19-857779-6
  7. Lehninger, Albert L Biochemistry: The Molecular Basis of Cell Structure and Function. — New York: Worth Publishers, 1975. — P. 894. — ISBN 0-87901-047-9
  8. 1 2 Stukenberg PT, Studwell-Vaughan PS, O'Donnell M (June 1991). «Mechanism of the sliding beta-clamp of DNA polymerase III holoenzyme». J. Biol. Chem. 266 (17): 11328–34. PMID 2040637.
  9. PDB 1AXC; Gulbis JM, Kelman Z, Hurwitz J, O'Donnell M, Kuriyan J (October 1996). «Structure of the C-terminal region of p21(WAF1/CIP1) complexed with human PCNA». Cell 87 (2): 297–306. DOI:10.1016/S0092-8674(00)81347-1. PMID 8861913.
  10. Suzuka I, Hata S, Matsuoka M, Kosugi S, Hashimoto J (January 1991). «Highly conserved structure of proliferating cell nuclear antigen (DNA polymerase delta auxiliary protein) gene in plants». Eur. J. Biochem. 195 (2): 571–5. DOI:10.1111/j.1432-1033.1991.tb15739.x. PMID 1671766.
  11. PDB 1CZD; Moarefi I, Jeruzalmi D, Turner J, O'Donnell M, Kuriyan J (March 2000). «Crystal structure of the DNA polymerase processivity factor of T4 bacteriophage». J. Mol. Biol. 296 (5): 1215–23. DOI:10.1006/jmbi.1999.3511. PMID 10698628.
  12. Steitz TA, Shamoo Y (1999). «Building a replisome from interacting pieces: sliding clamp complexed to a peptide from DNA polymerase and a polymerase editing complex». Cell 99 (2): 155–166. DOI:10.1016/S0092-8674(00)81647-5. PMID 10535734.
  13. Калинин, с. 35

Литература[править | править исходный текст]

См. также[править | править исходный текст]