Sliding clamp proteiner eller glidende clamp ( eng. DNA clamp ) - proteiner , der fungerer som en processivitetsforstærker i DNA-replikation .
Gliding clamp-proteiner er en vigtig bestanddel af DNA-polymerase III-holoenzymet og forhindrer dissociation af enzymet fra DNA-skabelonen. Da det hastighedsbegrænsende trin i DNA- syntesereaktionen er bindingen af DNA-polymerase til templaten, øger tilstedeværelsen af det glidende clamp-protein signifikant antallet af nukleotider knyttet til den voksende kæde pr. handling af enzymbinding til templaten. Dette skyldes, at protein-protein-interaktionen er stærkere og mere specifik end interaktionen mellem polymerasen og DNA-skabelonen. Glidende clamp-proteiner øger DNA-syntesehastigheden op til tusind gange højere end for ikke-processiv polymerase [2] .
Sliding clamp-proteiner er α+β-proteiner, der samles i multimere strukturer, der fuldstændigt omkranser DNA-dobbelthelixen, når DNA-polymerase tilføjer nukleotider til den voksende streng [3] . De omgiver DNA'et ved replikationsgaffelen og "glider" langs DNA'et sammen med den fremadskridende polymerase. Glidning lettes af tilstedeværelsen af et lag af vandmolekyler i den centrale pore af klemmen; dette lag adskiller overfladen af proteinet og DNA'et og fungerer som et smøremiddel. På grund af multimerens toroidale form kan klemmen ikke adskilles fra DNA uden at nedbrydes til monomerer .
Gliding clamp proteiner er blevet fundet i bakterier , archaea , eukaryoter og nogle vira . Hos bakterier er låsen en homodimer bestående af to identiske β-underenheder af DNA-polymerase III , og kaldes derfor en β-klemme. I archaea [4] og eukaryoter er låsen en trimer af tre PCNA- molekyler . Phage T4 har også en glidelukning. Det kaldes gp45 og er en trimer, der i struktur ligner den arkæiske og eukaryote trimer, dog viser dens monomerer ikke aminosyresekvenshomologi med både PCNA og β-underenheder [3] .
| Kongerige | Glidende klemmeproteiner | Aggregationstilstand | Relateret DNA-polymerase |
|---|---|---|---|
| bakterie | β-underenheder af DNA-polymerase III | dimer | DNA-polymerase III |
| Archaea | PCNA archaean | trimer | DNA-polymerase e |
| eukaryoter | PCNA | trimer | DNA-polymerase δ |
| Virus | gp43/gp45 | trimer | RB69 DNA polymerase / T4 DNA polymerase |
Som allerede nævnt er glidelåsen i bakterier en dimer af to β-underenheder af DNA-polymerase III - holoenzymet (β-klemme). De to β-underenheder er samlet omkring DNA af γ-underenheden og af energien fra ATP - hydrolyse . Efter samlingen af dimeren omkring DNA erstattes β-underenhedernes affinitet for y-underenheden med affiniteten for α- og ε-underenhederne; på denne måde dannes et komplet holoenzym [6] [7] [8] . DNA-polymerase III er det vigtigste enzymkompleks involveret i DNA-replikation i bakterier.
γ-komplekset af DNA-polymerase III, dannet af γδδ'χψ-underenhederne, katalyserer hydrolysen af ATP og dirigerer den resulterende energi til samlingen af β-dimeren omkring DNA og fungerer således som en chaperon . Når først bundet til DNA, kan β-dimeren glide frit langs DNA-dobbelthelixen. α-underenheden tilvejebringer polymeraseaktiviteten af DNA-polymerase, og ε-underenheden spiller rollen som en 3'-5'- exonuklease [8] .
β-underenheden af bakteriel DNA-polymerase III består af tre topologisk ikke-ækvivalente domæner (C-terminal, central og N-terminal). De to β-underenheder interagerer tæt med hinanden og danner en lukket ring omkring DNA-dobbelthelixen.
I eukaryoter består glidelåsen af specifikke underenheder af DNA-polymerase δ, kaldet prolifererende cellekerneantigen ( PCNA ) . De C-terminale og N-terminale domæner af PCNA er topologisk identiske. Tre PCNA-molekyler interagerer tæt med hinanden og danner en lukket ring omkring DNA-dobbelthelixen.
Aminosyresekvensen af PCNA er ret bevaret blandt dyr og planter . Dette illustrerer trykket fra naturlig selektion for at bevare strukturen og bekræfter også, at denne type DNA-replikation er fælles for alle eukaryoter [10] .
Proteiner , der er homologe med PCNA, er også blevet identificeret i archaea ( Euryarchaeota og Crenarchaeota ), Paramecium bursaria Chlorella virus 1 (PBCV-1) og nuklear polyhedrosis virus .
Underenheden af det virale glidende clamp-protein, gp45, inkluderer 2 domæner. Hvert domæne består af to α-helixer og to β-sheets. Denne underenhed indeholder således 2 topologisk identiske folder og har intern pseudosymmetri i forhold til dem. 3 gp45-molekyler interagerer tæt med hinanden og danner en lukket ring omkring DNA-dobbelthelixen [12] .
De glidende clamp-proteiner leveres til den tilsvarende DNA-dobbelthelix af et specifikt protein kendt som replikationsfaktor C (glidende clamp protein loader-proteiner [13] ), som også adskiller lynlåskomplekset, efter at replikationen er afsluttet. Bindingsstederne for disse initiatorproteiner (loadere) overlapper med bindingsstederne for DNA-polymerase, så zipper-proteinerne kan ikke bindes til både loadere og DNA-polymerase på samme tid. Derfor vil lynlåskomplekset ikke skilles ad, så længe de forbliver bundet til DNA-polymerasen. Sliding clamp- proteiner binder også til andre faktorer, der er involveret i opretholdelse af DNA og genom- homeostase , såsom nukleosomsamlingsfaktorer , Okazaki-fragment - linking- ligaser og DNA-reparationsproteiner . I alle disse proteiner overlapper bindingssteder på clamp-proteinerne også loader-bindingssteder. Dette sikrer også, at fastgørelseselementet ikke skilles ad, mens nogen af disse enzymer stadig arbejder. Loader-proteiner kræver energien fra ATP-hydrolyse for at lukke lynlåsproteinerne omkring DNA.
| DNA replikation | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Indvielse |
| ||||||
| Forlængelse |
| ||||||
| Afslutning |
| ||||||