structures / ECOD

RCSB PDB; PDBe; PDBj

résumé de la structure

structures / ECOD

RCSB PDB; PDBe; PDBj

résumé de la structure

structures / ECOD

PDB

RCSB PDB; PDBe; PDBj

résumé de la structure

Sur la base de l’homologie de séquence, les ADN polymérases peuvent être subdivisées en sept familles différentes: A, B, C, D, X, Y, et RT.

Certains virus codent également des ADN polymérases spéciales, comme l’ADN polymérase du virus de l’hépatite B. Ceux-ci peuvent répliquer sélectivement l’ADN viral par le biais de divers mécanismes. Les rétrovirus codent pour une ADN polymérase inhabituelle appelée transcriptase inverse, qui est une ADN polymérase dépendante de l’ARN (RdDp). Il polymérise l’ADN à partir d’un modèle d’ARN.

Polymérase procaryoteEdit

Les polymérases procaryotes existent sous deux formes: la polymérase centrale et l’holoenzyme. La polymérase de base synthétise l’ADN à partir de la matrice d’ADN mais elle ne peut pas initier la synthèse seule ou avec précision. L’holoenzyme lance avec précision la synthèse.

Pol IEdit

Les polymérases de la famille des procaryotes A incluent l’enzyme ADN polymérase I (Pol I), qui est codée par le gène polA et omniprésente parmi les procaryotes. Cette polymérase de réparation est impliquée dans la réparation par excision avec à la fois l’activité d’exonucléase 3 « –5 » et 5 « –3 » et le traitement des fragments d’Okazaki générés pendant la synthèse des brins retardés. Pol I est la polymérase la plus abondante, représentant > 95% de l’activité polymérase dans E. coli; cependant, des cellules dépourvues de Pol I ont été trouvées suggérant que l’activité de Pol I peut être remplacée par les quatre autres polymérases. Pol I ajoute ~ 15-20 nucléotides par seconde, montrant ainsi une faible processivité. Au lieu de cela, Pol I commence à ajouter des nucléotides à l’amorce d’ARN: jonction matrice connue sous le nom d’origine de réplication (ori). À environ 400 pb en aval de l’origine, l’holoenzyme Pol III est assemblée et prend en charge la réplication à une vitesse et une nature hautement processives.

La Taq polymérase est une enzyme thermostable de cette famille qui manque de capacité de relecture.

Pol IIEdit

L’ADN polymérase II est une polymérase de la famille B codée par le gène polB. Pol II a une activité d’exonucléase de 3 « -5 » et participe à la réparation de l’ADN, à la reprise de réplication pour contourner les lésions, et sa présence cellulaire peut passer de ~ 30-50 copies par cellule à ~ 200-300 pendant l’induction SOS. On pense également que la Pol II est une sauvegarde de la Pol III car elle peut interagir avec les protéines d’holoenzyme et assumer un niveau élevé de processivité. On pense que le rôle principal de Pol II est la capacité de diriger l’activité de la polymérase à la fourche de réplication et a aidé à contourner les mésappariements terminaux de Pol III.

Pfu DNA polymérase est une enzyme thermostable de cette famille trouvée dans l’archéon hyperthermophile Pyrococcus furiosus. La classification détaillée divise la famille B des archées en B1, B2, B3, dans lesquelles B2 est un groupe de pseudo-enzymes. Pfu appartient à la famille B3. D’autres PolB trouvés dans les archées font partie des « Casposons », transposons dépendants de Cas1. Certains virus (y compris l’ADN polymérase Φ29) et les plasmides mitochondriaux portent également polB.

Pol IIIEdit

L’holoenzyme ADN polymérase III est la principale enzyme impliquée dans la réplication de l’ADN chez E. coli et appartient aux polymérases de la famille C. Il se compose de trois assemblages: le noyau pol III, le facteur de processivité de la pince coulissante bêta et le complexe de chargement de la pince. Le noyau se compose de trois sous-unités: α, le centre d’activité de la polymérase, ɛ, le correcteur d’épreuves exonucléolytique et θ, qui peut agir comme un stabilisateur pour ɛ. Le facteur de processivité de la pince coulissante bêta est également présent en double, un pour chaque noyau, pour créer une pince qui renferme l’ADN permettant une haute processivité. Le troisième assemblage est un complexe de chargeur de pince à sept sous-unités (τ2γδδ′χψ).

L’ancien manuel « trombone model » décrit un complexe d’élongation avec deux équivalents de l’enzyme de base à chaque fourche de réplication (RF) un pour chaque brin, le retard et le leader. Cependant, des preuves récentes provenant d’études sur une seule molécule indiquent une moyenne de trois équivalents stoechiométriques d’enzyme de base à chaque RF pour Pol III et son homologue dans B. subtilis, PolC.La microscopie à fluorescence intra-cellulaire a révélé que la synthèse des brins principaux peut ne pas être complètement continue et que Pol III * (c’est-à-dire les sous-unités holoenzyme α, ε, τ, δ et χ sans la pince coulissante ß2) a une fréquence élevée de dissociation de l’actif RF. Dans ces études, le taux de rotation de la fourche de réplication était d’environ 10 s pour Pol III *, 47 s pour la pince coulissante ß2 et 15 m pour l’hélicase DnaB. Cela suggère que l’hélicase DnaB peut rester associée de manière stable aux RF et servir de point de nucléation pour l’holoenzyme compétente. Des études in vitro sur une seule molécule ont montré que la Pol III * a un taux élevé de renouvellement RF lorsqu’elle est en excès, mais reste associée de manière stable aux fourches de réplication lorsque la concentration est limitante. Une autre étude sur une seule molécule a montré que l’activité de l’hélicase DnaB et l’élongation des brins peuvent se dérouler avec une cinétique découplée et stochastique.

Pol IVEdit

Chez E. coli, l’ADN polymérase IV (Pol IV) est une ADN polymérase sujette aux erreurs impliquée dans la mutagenèse non ciblée. Pol IV est une polymérase de la famille Y exprimée par le gène dinB qui est activé via une induction SOS causée par des polymérases bloquées à la fourche de réplication. Au cours de l’induction SOS, la production de Pol IV est décuplée et l’une des fonctions pendant ce temps est d’interférer avec la processivité de l’holoenzyme Pol III. Cela crée un point de contrôle, arrête la réplication et laisse le temps de réparer les lésions d’ADN via la voie de réparation appropriée. Une autre fonction de Pol IV est d’effectuer une synthèse de translesion au niveau de la fourche de réplication bloquée comme, par exemple, en contournant les adduits de N2-désoxyguanine à une vitesse plus rapide que de traverser l’ADN non endommagé. Les cellules dépourvues de gène dinB ont un taux de mutagenèse plus élevé causé par des agents endommageant l’ADN.

Pol VEdit

L’ADN polymérase V (Pol V) est une ADN polymérase de la famille Y impliquée Réponse SOS et synthèse de translesion mécanismes de réparation de l’ADN. La transcription de Pol V via les gènes umuDC est hautement régulée pour ne produire que Pol V lorsqu’un ADN endommagé est présent dans la cellule générant une réponse SOS. Les polymérases bloquées provoquent la liaison de RecA à l’ADNsb, ce qui provoque l’autodigestion de la protéine LexA. LexA perd alors sa capacité à réprimer la transcription de l’opéron umuDC. La même nucléoprotéine RecA-ssDNA modifie post-traductionnellement la protéine UmuD en protéine UmuD « . UmuD et UmuD » forment un hétérodimère qui interagit avec UmuC, qui à son tour active l’activité catalytique de la polymérase d’umuC sur l’ADN endommagé. Chez E. coli, une polymérase  » Un modèle de ceinture à outils pour commuter la pol III avec la pol IV à une fourche de réplication bloquée, où les deux polymérases se lient simultanément à la pince β, a été proposé. Cependant, l’implication de plus d’une polymérase TLS travaillant successivement pour contourner une lésion n’a pas encore été montrée dans E. coli. De plus, Pol IV peut catalyser à la fois l’insertion et l’extension avec une efficacité élevée, tandis que la pol V est considérée comme la polymérase SOS TLS majeure. Un exemple est le contournement de la réticulation intra-brin guanine thymine où il a été montré sur la base de la différence des signatures mutationnelles des deux polymérases, que pol IV et pol V entrent en compétition pour TLS de la réticulation intra-brin.

Famille DEdit

En 1998, la famille D de l’ADN polymérase a été découverte chez Pyrococcus furiosus et Methanococcus jannaschii. Le complexe PolD est un hétérodimère de deux chaînes, chacune codée par DP1 (petite relecture) et DP2 (grand catalytique). Contrairement à d’autres ADN polymérases, la structure et le mécanisme du noyau catalytique DP2 ressemblent à ceux des ARN polymérases à sous-unités multiples. L’interface DP1-DP2 ressemble à celle du doigt de zinc polymérase eucaryote de classe B et de sa petite sous-unité. DP1, une exonucléase de type Mre11, est probablement le précurseur d’une petite sous-unité de Pol α et ε, offrant des capacités de relecture désormais perdues chez les eucaryotes. Son domaine HSH N-terminal est similaire aux protéines AAA, en particulier à la sous-unité δ et RuvB de Pol III, en structure. DP2 a un domaine KH de classe II. Pyrococcus abyssi polD est plus stable à la chaleur et plus précis que la Taq polymérase, mais n’a pas encore été commercialisé. Il a été proposé que l’ADN polymérase de la famille D ait été la première à évoluer dans les organismes cellulaires et que la polymérase réplicative du dernier ancêtre cellulaire universel (LUCA) appartenait à la famille D.

ADN polymérase eucaryoteEdit

Les polymérases β, λ, σ, μ (beta, lambda, sigma, mu) et TdTEdit

Les polymérases de la famille X contiennent la polymérase eucaryote pol β (beta) bien connue, ainsi que d’autres eucaryotes polymérases telles que Pol σ (sigma), Pol λ (lambda), Pol μ (mu) et la désoxynucléotidyl transférase terminale (TdT). Les polymérases de la famille X se trouvent principalement chez les vertébrés, et quelques-unes se trouvent dans les plantes et les champignons. Ces polymérases ont des régions hautement conservées qui comprennent deux motifs hélice-épingle à cheveux-hélice qui sont impératifs dans les interactions ADN-polymérase. Un motif est situé dans le domaine de 8 kDa qui interagit avec l’ADN en aval et un motif est situé dans le domaine du pouce qui interagit avec le brin d’amorce.Pol β, codé par le gène POLB, est nécessaire pour la réparation par excision de base en patch court, une voie de réparation de l’ADN qui est essentielle pour réparer les bases alkylées ou oxydées ainsi que les sites abasiques. Pol λ et Pol μ, codés respectivement par les gènes POLL et POLM, sont impliqués dans la jonction d’extrémité non homologue, un mécanisme de réintégration des cassures double brin d’ADN dues respectivement au peroxyde d’hydrogène et aux rayonnements ionisants. La TdT est exprimée uniquement dans le tissu lymphoïde et ajoute «n nucléotides» aux cassures double brin formées lors de la recombinaison V (D) J pour favoriser la diversité immunologique.

Polymérases α, δ et ε (alpha, delta, et epsilon) Modifier

Pol α (alpha), Pol δ (delta) et Pol ε (epsilon) sont membres de la famille des polymérases B et sont les principales polymérases impliquées dans la réplication de l’ADN nucléaire. Le complexe Pol α (complexe pol α-ADN primase) se compose de quatre sous-unités: la sous-unité catalytique POLA1, la sous-unité régulatrice POLA2 et les petites et grandes sous-unités de primase PRIM1 et PRIM2 respectivement. Une fois que la primase a créé l’amorce d’ARN, Pol α commence la réplication en allongeant l’amorce avec ~ 20 nucléotides. En raison de sa haute processivité, Pol δ reprend la synthèse des brins principaux et retardés de Pol α.: 218–219 Pol δ est exprimé par les gènes POLD1, créant la sous-unité catalytique, POLD2, POLD3 et POLD4 créant les autres sous-unités qui interagissent avec Antigène nucléaire cellulaire en prolifération (PCNA), qui est une pince à ADN qui permet à Pol δ de posséder une processivité. Pol ε est codé par le gène POLE1, la sous-unité catalytique, POLE2 et POLE3. Il a été rapporté que la fonction de Pol ε est d’étendre le brin principal pendant la réplication, tandis que Pol δ réplique principalement le brin retardé; cependant, des preuves récentes suggèrent que Pol δ pourrait également jouer un rôle dans la réplication du brin principal d’ADN. On pense que la région « relique de polymérase » de Pol ε « s C-terminus, bien qu’elle ne soit pas nécessaire pour l’activité polymérase, est essentielle à la vitalité cellulaire. On pense que la région C-terminale fournit un point de contrôle avant d’entrer en anaphase, assure la stabilité de l’holoenzyme et ajoutez des protéines à l’holoenzyme nécessaire à l’initiation de la réplication. Pol ε a un plus grand domaine « palm » qui offre une haute processivité indépendamment de PCNA.

Par rapport aux autres polymérases de la famille B, la famille d’exonucléases DEDD est responsable de la relecture est inactivé dans Pol α. Pol ε est unique en ce qu’il a deux domaines de doigt de zinc et une copie inactive d’une autre polymérase de la famille B dans son C-terminal. La présence de ce doigt de zinc a des implications dans les origines d’Eukaryota, qui dans ce case est placée dans le groupe Asgard avec la polymérase archéale B3.

Polymérases η, ι et κ (eta, iota et kappa) Edit

Pol η (eta), Pol ι ( iota) et Pol κ (kappa), sont des ADN polymérases de la famille Y impliquées dans le D Réparation de NA par synthèse de translesion et codée respectivement par les gènes POLH, POLI et POLK. Les membres de la famille Y ont cinq motifs communs pour aider à la liaison du substrat et de l’extrémité de l’amorce et ils comprennent tous les domaines typiques du pouce, de la paume et du doigt de la main droite avec des domaines ajoutés comme l’auriculaire (LF), le domaine associé à la polymérase (PAD), ou poignet. Le site actif, cependant, diffère entre les membres de la famille en raison des différentes lésions en cours de réparation. Les polymérases de la famille Y sont des polymérases de faible fidélité, mais il a été prouvé qu’elles font plus de bien que de mal car les mutations qui affectent la polymérase peuvent provoquer diverses maladies, telles que le cancer de la peau et le variant de Xeroderma Pigmentosum (XPS). L’importance de ces polymérases est mise en évidence par le fait que le gène codant pour l’ADN polymérase η est appelé XPV, car la perte de ce gène entraîne la maladie du variant de Xeroderma Pigmentosum. Pol η est particulièrement important pour permettre une synthèse translesion précise des dommages à l’ADN résultant du rayonnement ultraviolet. La fonctionnalité de Pol κ n’est pas complètement comprise, mais les chercheurs ont trouvé deux fonctions probables. On pense que Pol agit comme un prolongateur ou un inséreur d’une base spécifique au niveau de certaines lésions d’ADN. Les trois polymérases de synthèse de translesion, ainsi que Rev1, sont recrutées pour des lésions endommagées via des ADN polymérases réplicatives bloquées. Il existe deux voies de réparation des dommages conduisant les chercheurs à conclure que la voie choisie dépend du brin contenant les dommages, du brin principal ou retardé.

Polymérases Rev1 et ζ (zeta) Modifier

Pol ζ une autre polymérase de la famille B, est constituée de deux sous-unités Rev3, la sous-unité catalytique, et Rev7 (MAD2L2), qui augmente la fonction catalytique de la polymérase, et est impliquée dans la synthèse de translesion. Pol ζ n’a pas d’activité d’exonucléase de 3 « à 5 », est unique en ce qu’il peut prolonger les amorces avec des mésappariements terminaux. Rev1 a trois régions d’intérêt dans le domaine BRCT, le domaine de liaison à l’ubiquitine et le domaine C-terminal et a la capacité de la dCMP transférase, qui ajoute des lésions opposées à la désoxycytidine qui bloqueraient les polymérases réplicatives Pol δ et Pol ε.Ces polymérases bloquées activent des complexes d’ubiquitine qui à leur tour dissocient les polymérases de réplication et recrutent Pol ζ et Rev1. Ensemble, Pol ζ et Rev1 ajoutent de la désoxycytidine et Pol ζ dépasse la lésion. Grâce à un processus encore indéterminé, Pol® se dissocie et les polymérases de réplication se réassocient et continuent la réplication. Pol ζ et Rev1 ne sont pas nécessaires pour la réplication, mais la perte du gène REV3 dans la levure en herbe peut entraîner une sensibilité accrue aux agents endommageant l’ADN en raison de l’effondrement des fourches de réplication où les polymérases de réplication sont bloquées.

TelomeraseEdit

La télomérase est une ribonucléoprotéine qui fonctionne pour répliquer les extrémités des chromosomes linéaires car l’ADN polymérase normale ne peut pas répliquer les extrémités ou les télomères. Le surplomb de 3 « simple brin du chromosome double brin avec la séquence 5 » -TTAGGG-3 « recrute la télomérase. La télomérase agit comme les autres ADN polymérases en prolongeant l’extrémité 3 », mais contrairement aux autres ADN polymérases, la télomérase ne nécessite pas un modèle. La sous-unité TERT, un exemple de transcriptase inverse, utilise la sous-unité ARN pour former la jonction amorce-matrice qui permet à la télomérase d’étendre l’extrémité 3 « des extrémités chromosomiques. La diminution progressive de la taille des télomères à la suite de nombreuses réplications sur un On pense que la durée de vie est associée aux effets du vieillissement.: 248–249

Polymérases γ, θ et ν (gamma, thêta et nu) Modifier

Pol γ (gamma), Pol θ (thêta) et Pol ν (nu) sont des polymérases de la famille A. Pol γ, codée par le gène POLG, a longtemps été considérée comme la seule polymérase mitochondriale. Cependant , des recherches récentes montrent qu’au moins Pol β (bêta), une polymérase de la famille X, est également présente dans les mitochondries. Toute mutation qui conduit à une Pol γ limitée ou non fonctionnelle a un effet significatif sur l’ADNmt et est la cause la plus fréquente de troubles mitochondriaux héréditaires. Pol γ contient un domaine polymérase C-terminal et un domaine exonucléase N-terminal 3 « –5 » qui sont connecté via la région de liaison, qui lie la sous-unité accessoire. La sous-unité accessoire se lie à l’ADN et est requise pour la processivité de Pol y. La mutation ponctuelle A467T dans la région de liaison est responsable de plus d’un tiers de tous les troubles mitochondriaux associés à Pol y. Alors que de nombreux homologues de Pol θ, codés par le gène POLQ, se trouvent chez les eucaryotes, sa fonction n’est pas clairement comprise. La séquence d’acides aminés dans l’extrémité C-terminale est ce qui classe Pol θ comme polymérase de la famille A, bien que le taux d’erreur pour Pol θ soit plus étroitement lié aux polymérases de la famille Y. Pol θ étend les extrémités des amorces non appariées et peut contourner les sites abasiques en ajoutant un nucléotide. Il a également une activité de désoxyribophosphodiestérase (dRPase) dans le domaine polymérase et peut montrer une activité ATPase à proximité immédiate de l’ADN ss. Pol v (nu) est considérée comme la moins efficace des enzymes polymérases. Cependant, l’ADN polymérase nu joue un rôle actif dans la réparation de l’homologie lors des réponses cellulaires aux réticulations, remplissant son rôle dans un complexe avec l’hélicase.

Les plantes utilisent deux polymérases de la famille A pour copier les génomes mitochrondrial et plastidique. Ils ressemblent plus à la Pol I bactérienne qu’à la Pol γ mamallienne.

Transcriptase inverseEdit

Les rétrovirus codent pour une ADN polymérase inhabituelle appelée transcriptase inverse, qui est une ADN polymérase dépendante de l’ARN (RdDp) qui synthétise l’ADN à partir d’une matrice d’ARN. La famille de la transcriptase inverse contient à la fois une fonctionnalité ADN polymérase et une fonctionnalité RNase H, qui dégrade l’ARN apparié en bases en ADN. Un exemple de rétrovirus est le VIH. La transcriptase inverse est couramment utilisée dans l’amplification de l’ARN à des fins de recherche. En utilisant un modèle d’ARN, la PCR peut utiliser la transcriptase inverse, créant une matrice d’ADN. Cette nouvelle matrice d’ADN peut ensuite être utilisée pour une amplification PCR typique. Les produits d’une telle expérience sont donc des produits de PCR amplifiés à partir d’ARN.

Chaque particule de rétrovirus du VIH contient deux génomes d’ARN, mais, après une infection, chaque virus ne génère qu’un seul provirus. Après l’infection, la transcription inverse est accompagnée d’un changement de matrice entre les deux copies du génome (recombinaison de choix de copie). De 5 à 14 événements de recombinaison par génome se produisent à chaque cycle de réplication. Le changement de modèle (recombinaison) semble être nécessaire pour maintenir l’intégrité du génome et comme mécanisme de réparation pour récupérer les génomes endommagés.

ADN polymérase du bactériophage T4 Modifier

Le bactériophage (phage) T4 code une ADN polymérase qui catalyse la synthèse d’ADN dans une direction 5 ‘à 3’. La phage polymérase a également une activité exonucléase qui agit dans une direction 3 ’à 5’, et cette activité est utilisée dans la relecture et l’édition de bases nouvellement insérées. Un mutant de phage avec une ADN polymérase sensible à la température, lorsqu’il est cultivé à des températures permissives, a été observé pour subir une recombinaison à des fréquences qui sont environ deux fois plus élevées que celles du phage de type sauvage.

Il a été proposé qu’une altération mutationnelle de l’ADN polymérase phagique puisse stimuler la commutation de brin matrice (recombinaison de choix de copie) pendant la réplication.