RecBCD

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 24. december 2019; checks kræver 4 redigeringer .
Deoxyribonuklease V

Krystallografisk struktur af RecBCD-enzymet. Enzymunderenhederne, RecB, RecC og RecD, er farvet henholdsvis cyan, grøn og magenta, mens den delvist ikke-snoede DNA-helix er farvet brun.
Identifikatorer
Kode KF 3.1.11.5
CAS nummer 37350-26-8
Enzymdatabaser
IntEnz IntEnz visning
BRENDA BRENDA indgang
ExPASy NiceZyme udsigt
MetaCyc metabolisk vej
KEGG KEGG indgang
PRIAM profil
FBF strukturer RCSB PDB PDBe PDBj PDBsum
Søg
PMC artikler
PubMed artikler
NCBI NCBI proteiner
CAS 37350-26-8

RecBCD ( exonuclease V, RecBC-deoxyribonuclease ) er et enzym af bakterien Escherichia coli , der initierer processen med homolog rekombination under reparationen af ​​dobbelt- og enkeltstrenget beskadigelse af DNA- molekylet som følge af ioniserende stråling , fejl i replikationsproces , fejl i arbejdet med endonukleaser , eller som følge af oxidativ stress [1] [2] . RecBCD er både en helicase , der afvikler den dobbelte helix af DNA og en nuklease , der skærer den [3] .

RecBCD bruges i enkeltmolekyle FRET metoden , som bruges til at studere proteiners interaktion med DNA [4] .

Struktur

RecBCD er et proteinkompleks bestående af tre forskellige underenheder : RecB, RecC og RecD. Forud for opdagelsen af ​​RecD -genet [5] var komplekset kendt som RecBC. Hver underenhed er kodet af et separat gen:

Gene Lænke Protein Fungere
RecB β Uniprot: RecB (P08394) . 3'→5' helicase, nuklease
RecC γ Uniprot: RecC (P07648) . genkender Chi-site ( rekombinationspunkt )
RecD α Uniprot: RecD (P04993) . 5'→3' helicase

Funktioner

RecD og RecC er helicaser, det vil sige ATP - drevne molekylære komplekser, der afvikler DNA, eller i nogle tilfælde RNA , mens RecB også udfører funktionen som en nuklease [6] . RecC, den tredje underenhed af RecBCD-komplekset, genkender en specifik sekvens i DNA, nemlig 5'-GCTGGTGG-3 ' , kendt som Chi-stedet, hvor DNA'et skæres på stadiet af rekombinationsafslutning. RecBCD er usædvanlig ved, at begge dets helicaser bevæger sig langs kæden med forskellige hastigheder [7] og ved at de genkender en specifik DNA-sekvens (Chi-sted) [8] [9] . RecBCD binder sig til enden af ​​dobbeltstrenget DNA og begynder at afvikle det, mens RecD bevæger sig fra 5'-enden til 3'-enden og RecB omvendt. Under bevægelsen forbliver to DNA-strenge bag RecBCD, som danner en løkke, og da RecB bevæger sig langsommere end RecD, vokser løkken på sidstnævnte hurtigere; den resulterende struktur i form af et RecBCD-kompleks, der bevæger sig langs en kæde med to løkker bag sig, kaldes undertiden "kaninører" på grund af dets ydre lighed [10] .

De indirekte funktioner af RecBCD inkluderer dets rolle i aktiveringen af ​​effektoren , der beskytter bakteriekulturen mod virusinfektion. [elleve]

Virkningsmekanisme

Under DNA-afvikling kan RecB-nukleaseunderenheden virke forskelligt afhængigt af reaktionsbetingelserne, især afhængigt af koncentrationen af ​​Mg 2+ ioner og ATP. Hvis der er et overskud af ATP, skærer enzymet simpelthen kæden, der indeholder Chi-stedet [12] . Afviklingen af ​​kæden fortsætter, og der dannes en 3'-hale med et Chi-site, hvorpå RecA -proteinet kan lande , hvilket letter indførelsen af ​​denne hale i kromosomet , som vil være en skabelon til at reparere det beskadigede kæde og udskiftning af kæder med den [13] . Den Chi-stedgenkendende underenhed af RecBCD-komplekset interagerer ikke med andre sekvenser, og enzymet nedbrydes hurtigt i underenheder og forbliver inaktivt i en time eller mere [14] . Hvis der er et overskud af Mg2 +-ioner , spalter RecBCD, som en endonuklease , begge DNA-strenge, selvom 5'-enden spaltes sjældnere [15] . Når RecBCD støder på Chi-stedet, stopper afviklingen, og 3'-strengs nedbrydning bremses [16] . Mens man fortsætter med at afvikle DNA'et, skærer RecBCD straks den modsatte streng (dvs. 5'-enden) [17] [18] og indlæser RecA-proteinet i 3'-enden. Efter afslutning af denne proces på et DNA-molekyle gentager enzymet det igen og skifter hurtigt til et nyt molekyle [13] .

Selvom reaktionerne ikke er blevet verificeret ved DNA-analyse i selve cellerne på grund af deres forgængelighed, viser genetiske data, at den første reaktion minder mest om det, der sker i cellen [1] . For eksempel bevarer en mutant RecBCD, der mangler eksperimentelt bestemt exonukleaseaktivitet, en høj evne til at spalte Chi-stedet under ekstracellulære forhold [19] . Chi-stedet på et DNA-molekyle i celler hæmmer aktiviteten af ​​Chi-stedet på et andet, hvilket kan afspejle Chi-afhængig RecBCD-adskillelse, som observeres in vitro under forhold med overskydende ATP og i nærvær af et brud i DNA'et i region af Chi-stedet [20] [21] .

Under begge reaktionsbetingelser forbliver 3'-enden intakt efter Chi-stedet, ved siden af ​​hvilket RecA-proteinet aktivt indlæses på DNA-strengen. På et ubestemt tidspunkt nedbrydes RecBCD, selvom det kan afvikle mindst 60 tusinde basepar DNA, mens det forbliver intakt. RecA initierer en udveksling af DNA-strenge med et identisk eller næsten identisk template-molekyle; denne udveksling skaber en struktur kendt som en D-loop . Den resulterende struktur af to DNA-duplekser med krydsede strenge kan opløses på to måder: enten vil 3'-strengen med Chi-stedet indført i template-molekylet tjene som en primer til at starte DNA- syntese , eller D-løkken vil blive spaltet at danne feriestrukturen . Til gengæld opløses Holliday-strukturen af ​​RuvABC- komplekset eller af RecG-proteinet. Hver af disse begivenheder fører til fremkomsten af ​​et helt DNA, som adskiller sig fra forælderen ved nye kombinationer af gener. Denne proces, kendt som homolog rekombination , fuldender reparationen af ​​dobbeltstrengsbruddet [13] .

Noter

  1. ↑ 1 2 Smith GR Hvordan RecBCD-enzym og Chi fremmer DNA-brudreparation og rekombination: en molekylærbiologs synspunkt.  (engelsk)  // Mikrobiologi og molekylærbiologi anmeldelser: MMBR. - 2012. - Bd. 76, nr. 2 . - S. 217-228. - doi : 10.1128/MMBR.05026-11 . — PMID 22688812 .
  2. ↑ Spies M., Kowalczykowski SC Homolog rekombination ved RecBCD- og RecF-veje // Bakterielle kromosomer  (neopr.) / Higgins P.. - Washington, DC: ASM Press, 2003. - S. 389-403. — ISBN 1-55581-232-5 .
  3. ↑ Singleton MR , Dillingham MS , Gaudier M. , Kowalczykowski SC , Wigley DB Krystalstruktur af RecBCD-enzym afslører en maskine til behandling af DNA-brud.  (engelsk)  // Nature. - 2004. - Bd. 432, nr. 7014 . - S. 187-193. - doi : 10.1038/nature02988 . — PMID 15538360 .
  4. ↑ Bianco PR , Brewer LR , Corzett M. , Balhorn R. , Yeh Y. , Kowalczykowski SC , Baskin RJ Processiv translokation og DNA-afvikling af individuelle RecBCD-enzymmolekyler.  (engelsk)  // Nature. - 2001. - 18. januar ( bd. 409 , nr. 6818 ). - s. 374-378 . - doi : 10.1038/35053131 . — PMID 11201750 .
  5. ↑ Amundsen SK , Taylor AF , Chaudhury AM , Smith GR recD: genet for en essentiel tredje underenhed af exonuclease V.  //  Proceedings Of The National Academy of Sciences Of The United States Of America. - 1986. - August ( bind 83 , nr. 15 ). - P. 5558-5562 . - doi : 10.1073/pnas.83.15.5558 . — PMID 3526335 .
  6. ↑ Yu M. , Souaya J. , Julin DA Det 30-kDa C-terminale domæne af RecB-proteinet er kritisk for nukleaseaktiviteten, men ikke helicaseaktiviteten, af RecBCD-enzymet fra Escherichia coli.  (engelsk)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States Of America. - 1998. - 3. februar ( bind 95 , nr. 3 ). - s. 981-986 . - doi : 10.1073/pnas.95.3.981 . — PMID 9448271 .
  7. ↑ Taylor AF , Smith GR RecBCD-enzym er en DNA-helikase med hurtige og langsomme motorer med modsat polaritet.  (engelsk)  // Nature. - 2003. - Bd. 423, nr. 6942 . - s. 889-893. - doi : 10.1038/nature01674 . — PMID 12815437 .
  8. ↑ Taylor AF , Smith GR RecBCD-enzym ændres ved skæring af DNA ved et chi-rekombinationshotspot.  (engelsk)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States Of America. - 1992. - 15. juni ( bind 89 , nr. 12 ). - P. 5226-5230 . - doi : 10.1073/pnas.89.12.5226 . — PMID 1535156 .
  9. ↑ Amundsen SK , Taylor AF , Reddy M. , Smith GR Intersubunit-signalering i RecBCD-enzym, en kompleks proteinmaskine reguleret af Chi-hot spots.  (engelsk)  // Gener & udvikling. - 2007. - Bd. 21, nr. 24 . - P. 3296-3307. - doi : 10.1101/gad.1605807 . — PMID 18079176 .
  10. ↑ Taylor A. , ​​​​Smith GR Afvikling og tilbagespoling af DNA ved hjælp af RecBC-enzymet.  (engelsk)  // Cell. - 1980. - November ( bind 22 , nr. 2 Pt 2 ). - S. 447-457 . — PMID 6256081 .
  11. ↑ Retroner er en vigtig del af bakteriernes medfødte immunitet • Elena Naimark • Videnskabsnyheder om elementer • Genetik, mikrobiologi . Hentet 23. november 2020. Arkiveret fra originalen 23. november 2020.
  12. ↑ Taylor AF , Schultz DW , Ponticelli AS , Smith GR . RecBC-enzym-hak ved Chi-steder under DNA-afvikling: placering og orienteringsafhængighed af skæringen.  (engelsk)  // Cell. - 1985. - Maj ( bind 41 , nr. 1 ). - S. 153-163 . — PMID 3888405 .
  13. ↑ 1 2 3 Anderson DG , Kowalczykowski SC Det translokerende RecBCD-enzym stimulerer rekombination ved at dirigere RecA-protein på ssDNA på en chi-reguleret måde.  (engelsk)  // Cell. - 1997. - 11. juli ( bd. 90 , nr. 1 ). - S. 77-86 . — PMID 9230304 .
  14. ↑ Taylor AF , Smith GR Regulering af homolog rekombination: Chi inaktiverer RecBCD-enzym ved adskillelse af de tre underenheder.  (engelsk)  // Gener & Development. - 1999. - 1. april ( bind 13 , nr. 7 ). - S. 890-900 . — PMID 10197988 .
  15. ↑ Dixon DA , Kowalczykowski SC Rekombinationshotspot-chi er en regulatorisk sekvens, der virker ved at svække nukleaseaktiviteten af ​​E. coli RecBCD-enzymet.  (engelsk)  // Cell. - 1993. - 9. april ( bind 73 , nr. 1 ). - S. 87-96 . — PMID 8384931 .
  16. ↑ Spies M. , Amitani I. , Baskin RJ , Kowalczykowski SC RecBCD-enzymskifter ledende motoriske underenheder som svar på chi-genkendelse.  (engelsk)  // Cell. - 2007. - Bd. 131, nr. 4 . - S. 694-705. - doi : 10.1016/j.cell.2007.09.023 . — PMID 18022364 .
  17. ↑ Taylor AF , Smith GR Strand-specificitet af nicking af DNA på Chi-steder af RecBCD-enzym. Modulation af ATP og magnesium niveauer.  (engelsk)  // The Journal Of Biological Chemistry. - 1995. - 13. oktober ( bd. 270 , nr. 41 ). - P. 24459-24467 . — PMID 7592661 .
  18. ↑ Anderson DG , Kowalczykowski SC Rekombinationshot spot chi er et regulatorisk element, der skifter polariteten af ​​DNA-nedbrydning af RecBCD-enzymet.  (engelsk)  // Gener & Development. - 1997. - 1. marts ( bind 11 , nr. 5 ). - s. 571-581 . — PMID 9119222 .
  19. ↑ Amundsen SK , Smith GR Chi-hotspot-aktivitet i Escherichia coli uden RecBCD-exonukleaseaktivitet: implikationer for rekombinationsmekanismen.  (engelsk)  // Genetik. - 2007. - Januar ( bind 175 , nr. 1 ). - S. 41-54 . - doi : 10.1534/genetics.106.065524 . — PMID 17110484 .
  20. ↑ Köppen A. , Krobitsch S. , Thoms B. , Wackernagel W. Interaktion med rekombinationshot spot chi in vivo omdanner RecBCD-enzymet fra Escherichia coli til en chi-uafhængig rekombinase ved inaktivering af RecD-underenheden.  (engelsk)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States Of America. - 1995. - 3. juli ( bd. 92 , nr. 14 ). - P. 6249-6253 . - doi : 10.1073/pnas.92.14.6249 . — PMID 7541534 .
  21. ↑ Myers RS , Kuzminov A. , Stahl FW Rekombinationshot spot chi aktiverer RecBCD rekombination ved at konvertere Escherichia coli til en recD mutant fænokopi.  (engelsk)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States Of America. - 1995. - 3. juli ( bd. 92 , nr. 14 ). - P. 6244-6248 . - doi : 10.1073/pnas.92.14.6244 . — PMID 7603978 .
  Gå til Wikidata-elementet  Ordbøger og encyklopædier
 Enzymer
Aktivitet
Regulering
Klassifikation
Typer