| DNAポリメラーゼファミリーA | ||||||
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c：o6-メチル-グアニンペアのポリメラーゼ-2塩基対の位置
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| 識別子 | ||||||
| 記号 | DNA_pol_A | |||||
| Pfam | PF00476 | |||||
| InterPro | IPR001098 | |||||
| SMART | – | |||||
| プロサイト | PDOC00412 | |||||
| SCOP2 | 1dpi / SCOPe / SUPFAM | |||||
| 利用可能なタンパク質構造： | Pf am | PDB | PDBsum | |||
| DNAポリメラーゼファミリーB | ||||||
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チミングリコールを含むdnaと複合体を形成したrb69gp43の結晶構造
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| 識別子 | ||||||
| シンボル | DNA_pol_B | |||||
| Pfam | PF00136 | |||||
| Pfam一族 | CL0194 | |||||
| InterPro | IPR006134 | |||||
| プロサイト | PDOC00107 | |||||
| SCOP2 | 1noy / SCOPe / SU PFAM | |||||
| 利用可能なタンパク質構造： | Pfam | PDB | PDBsum | |||
| DNAポリメラーゼタイプB、オルガネラおよびウイルス | |||||
|---|---|---|---|---|---|
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phi29 dnaポリメラーゼ、斜方晶結晶形、 ssdna複合体
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| 識別子 | |||||
| シンボル | DNA_pol_B_2 | ||||
| Pfam | PF03175 | ||||
| Pfamクラン | CL0194 | ||||
| InterPro | IPR004868 | ||||
| 利用可能なタンパク質構造： | Pfam | PDBsum | |||
配列相同性に基づいて、DNAポリメラーゼは、A、B、C、D、X、Y、の7つの異なるファミリーにさらに細分化できます。およびRT。
一部のウイルスは、B型肝炎ウイルスのDNAポリメラーゼなど、特殊なDNAポリメラーゼもコードしています。これらは、さまざまなメカニズムを通じてウイルスDNAを選択的に複製する可能性があります。レトロウイルスは、RNA依存性DNAポリメラーゼ（RdDp）である逆転写酵素と呼ばれる珍しいDNAポリメラーゼをコードします。 RNAのテンプレートからDNAを重合します。
| ファミリー | DNAポリメラーゼの種類 | Taxa | 例 | 機能 |
|---|---|---|---|---|
| A | 複製および修復ポリメラーゼ | 真核生物および原核生物 | T7 DNAポリメラーゼ、Pol I、Polγ、θ、およびν | 2つのエキソヌクレアーゼドメイン（3 “-5″および5 “-3″） |
| B | 複製および修復ポリメラーゼ | 真核生物および原核生物 | Pol II、Pol B、Pol ζ、Polα、δ、およびε | 3 “-5エキソヌクレアーゼ（校正）;ウイルスのものはタンパク質プライマーを使用します |
| C | 複製ポリメラーゼ | 原核生物 | Pol III | 3 “-5エキソヌクレアーゼ（校正） |
| D | 複製ポリメラーゼ | Euryarchaeota | PolD（DP1 / DP2ヘテロダイマー） | 「ハンド」機能なし、ダブルバレルRNAポリメラーゼ-お気に入り; 3 “-5エキソヌクレアーゼ（校正） |
| X | 複製および修復ポリメラーゼ | 真核生物 | Poll β、Polσ、Polλ、Polμ、および末端デオキシヌクレオチジルトランスフェラーゼ | テンプレートはオプション。5 “ホスファターゼ（Polβのみ）。弱い「手」機能 |
| Y | 複製および修復ポリメラーゼ | 真核生物および原核生物 | Polι 、Polκ、Polη、Pol IV、およびPol V | 転移合成 |
| RT | 複製および修復ポリメラーゼ | ウイルス、レトロウイルス、および原核生物 | テロメラーゼ、B型肝炎ウイルス | RNA依存性 |
原核生物のポリメラーゼ編集
原核生物のポリメラーゼは、コアポリメラーゼとホロ酵素の2つの形態で存在します。コアポリメラーゼは、DNAテンプレートからDNAを合成しますが、単独でまたは正確に合成を開始することはできません。ホロ酵素は正確に合成を開始します。
Pol IEdit
原核生物ファミリーAポリメラーゼには、polA遺伝子によってコードされ、原核生物に遍在するDNAポリメラーゼI（Pol I）酵素が含まれます。この修復ポリメラーゼは、3 “–5″と5 “–3″の両方のエキソヌクレアーゼ活性を伴う除去修復と、ラギング鎖合成中に生成された岡崎フラグメントの処理に関与します。 Pol Iは最も豊富なポリメラーゼであり、大腸菌のポリメラーゼ活性の> 95％を占めています。しかし、Pol Iを欠く細胞は、PolI活性を他の4つのポリメラーゼで置き換えることができることを示唆していることがわかっています。 Pol Iは、1秒あたり約15〜20ヌクレオチドを追加するため、処理能力が低くなります。代わりに、Pol Iは複製起点（ori）として知られるRNAプライマー：テンプレート接合部でヌクレオチドの追加を開始します。起点から約400bp下流で、Pol IIIホロ酵素が組み立てられ、非常にプロセッシブな速度と性質で複製を引き継ぎます。
Taqポリメラーゼは、校正能力を欠くこのファミリーの熱安定性酵素です。
Pol IIEdit
DNAポリメラーゼIIは、polB遺伝子によってコードされるファミリーBポリメラーゼです。 PolIIは3 “–5″のエキソヌクレアーゼ活性を持ち、DNA修復、病変をバイパスする複製再開に関与し、その細胞の存在はSOS誘導中に細胞あたり約30-50コピーから約200-300に跳ね上がる可能性があります。 Pol IIは、ホロ酵素タンパク質と相互作用し、高レベルの処理能力を発揮できるため、PolIIIのバックアップでもあると考えられています。 Pol IIの主な役割は、複製フォークでポリメラーゼ活性を誘導する能力であると考えられており、停止したPolIIIバイパス末端のミスマッチを助けました。
Pfu DNAポリメラーゼは、このファミリーの熱安定性酵素です。超好熱性古細菌Pyrococcusfuriosus。詳細な分類は、古細菌のファミリーBをB1、B2、B3に分類します。ここで、B2は偽酵素のグループです。 PfuはファミリーB3に属しています。古細菌に見られる他のPolBは、Cas1依存性トランスポゾンである「Casposons」の一部です。一部のウイルス（Φ29DNAポリメラーゼを含む）およびミトコンドリアプラスミドもpolBを持っています。
Pol IIIEdit
DNAポリメラーゼIIIホロ酵素は、大腸菌でのDNA複製に関与する主要な酵素であり、ファミリーCポリメラーゼに。これは、pol IIIコア、ベータスライディングクランプ処理能力係数、およびクランプローディングコンプレックスの3つのアセンブリで構成されています。コアは3つのサブユニットで構成されています：α、ポリメラーゼ活性ハブ、ɛ、エキソヌクレアーゼ校正者、およびɛの安定剤として機能する可能性のあるθ。ベータスライディングクランプの処理能力係数も、コアごとに1つずつ重複して存在し、高い処理能力を可能にするDNAを囲むクランプを作成します。 3番目のアセンブリは7サブユニット（τ2γδδ’χψ）クランプローダー複合体です。
古い教科書「トロンボーンモデル」は、各複製フォーク（RF）に2当量のコア酵素を持つ伸長複合体を示しています。ストランドごとに1つ、遅れと進み。ただし、単一分子研究からの最近の証拠は、PolIIIとB.subtilis、PolCの対応物の両方について、各RFで平均3つの化学量論的同等のコア酵素を示しています。細胞内蛍光顕微鏡法により、リーディングストランド合成は完全に連続的ではない可能性があり、Pol III *（すなわち、β2スライディングクランプのないホロ酵素α、ε、τ、δおよびχサブユニット）は、活性物質からの解離の頻度が高いことが明らかになりました。 RF。これらの研究では、複製フォークの回転率は、Pol III *で約10秒、β2スライディングクランプで47秒、DnaBヘリカーゼで15分でした。これは、DnaBヘリカーゼがRFで安定して結合したままであり、有能なホロ酵素の核形成点として機能する可能性があることを示唆しています。 In vitroの単一分子研究では、Pol III *は、過剰な場合はRFターンオーバー率が高いが、濃度が制限されている場合は複製フォークと安定して関連していることが示されています。別の単一分子研究は、DnaBヘリカーゼ活性と鎖伸長が分離された確率論的速度論で進行できることを示しました。
Pol IVEdit
大腸菌では、DNAポリメラーゼIV（Pol IV）は非標的変異誘発に関与するエラーが発生しやすいDNAポリメラーゼ。 Pol IVは、dinB遺伝子によって発現されるファミリーYポリメラーゼであり、複製フォークで停止したポリメラーゼによって引き起こされるSOS誘導を介してオンになります。 SOS誘導中、Pol IVの生成は10倍に増加し、この間の機能の1つは、PolIIIホロ酵素の処理能力を妨げることです。これにより、チェックポイントが作成され、複製が停止し、適切な修復経路を介してDNA損傷を修復する時間が与えられます。 Pol IVの別の機能は、たとえば、損傷を受けていないDNAを横断するよりも速い速度で、N2-デオキシグアニン付加物をバイパスするように、停止した複製フォークで病変横断合成を実行することです。 dinB遺伝子を欠く細胞は、DNA損傷剤によって引き起こされる突然変異誘発率が高くなります。
Pol VEdit
DNAポリメラーゼV（Pol V）は、関与するYファミリーDNAポリメラーゼです。 SOS応答と病変転移合成DNA修復メカニズム。 umuDC遺伝子を介したPolVの転写は、損傷したDNAが細胞内に存在してSOS応答を生成する場合に、PolVのみを生成するように高度に制御されています。失速したポリメラーゼにより、RecAがssDNAに結合し、LexAタンパク質が自己消化します。その後、LexAはumuDCオペロンの転写を抑制する能力を失います。同じRecA-ssDNA核タンパク質が翻訳後にUmuDタンパク質をUmuD “タンパク質に修飾します。UmuDとUmuD”は、UmuCと相互作用するヘテロダイマーを形成し、損傷したDNAに対するumuCのポリメラーゼ触媒活性を活性化します。E.coliでは、ポリメラーゼ “両方のポリメラーゼが同時にβクランプに結合する、停止した複製フォークでpolIIIをpolIVに切り替えるための「ツールベルト」モデルが提案されています。ただし、病変をバイパスするために連続して動作する複数のTLSポリメラーゼの関与は、大腸菌ではまだ示されていません。さらに、Pol IVは挿入と伸長の両方を高効率で触媒することができますが、polVは主要なSOSTLSポリメラーゼと見なされています。一例は、ストランド内グアニンチミンクロスリンクのバイパスであり、2つのポリメラーゼの変異シグネチャーの違いに基づいて、polIVとpolVがストランド内クロスリンクのTLSをめぐって競合することが示されました。
ファミリーDEdit
1998年、DNAポリメラーゼのファミリーDがPyrococcusfuriosusとMethanococcusjannaschiiで発見されました。 PolD複合体は、それぞれDP1（小さな校正）とDP2（大きな触媒）によってコード化された2つの鎖のヘテロダイマーです。他のDNAポリメラーゼとは異なり、DP2触媒コアの構造とメカニズムはマルチサブユニットRNAポリメラーゼの構造とメカニズムに似ています。 DP1-DP2インターフェースは、真核生物のクラスBポリメラーゼジンクフィンガーとその小さなサブユニットのインターフェースに似ています。 Mre11のようなエキソヌクレアーゼであるDP1は、Polαおよびεの小サブユニットの前駆体である可能性が高く、真核生物では現在失われている校正機能を提供します。そのN末端HSHドメインは、構造的にAAAタンパク質、特にPolIIIサブユニットδとRuvBに類似しています。 DP2にはクラスIIKHドメインがあります。 Pyrococcus abyssi polDは、Taqポリメラーゼよりも熱安定性が高く、正確ですが、まだ商品化されていません。ファミリーDDNAポリメラーゼは細胞生物で最初に進化し、Last Universal Cellular Ancestor（LUCA）の複製ポリメラーゼはファミリーDに属することが提案されています。
真核生物DNAポリメラーゼ編集
ポリメラーゼβ、λ、σ、μ（ベータ、ラムダ、シグマ、ミュー）およびTdTEdit
ファミリーXポリメラーゼには、よく知られている真核生物ポリメラーゼpolβ（ベータ）およびその他の真核生物が含まれています。 Polσ（シグマ）、Polλ（ラムダ）、Polμ（mu）、ターミナルデオキシヌクレオチジルトランスフェラーゼ（TdT）などのポリメラーゼ。ファミリーXポリメラーゼは主に脊椎動物に見られ、いくつかは植物や真菌に見られます。これらのポリメラーゼは、DNA-ポリメラーゼ相互作用に不可欠な2つのヘリックス-ヘアピン-ヘリックスモチーフを含む高度に保存された領域を持っています。 1つのモチーフは下流のDNAと相互作用する8kDaドメインにあり、1つのモチーフはプライマー鎖と相互作用するサムドメインにあります。POLB遺伝子によってコードされるPolβは、アルキル化または酸化された塩基および脱塩基部位の修復に不可欠なDNA修復経路である、短パッチ塩基除去修復に必要です。それぞれPOLLおよびPOLM遺伝子によってコードされるPolλおよびPolμは、それぞれ過酸化水素および電離放射線によるDNA二本鎖切断を再結合するメカニズムである非相同末端結合に関与しています。 TdTはリンパ組織でのみ発現し、V（D）J組換え中に形成される二本鎖切断に「nヌクレオチド」を追加して、免疫学的多様性を促進します。
ポリメラーゼα、δ、およびε（アルファ、デルタ、およびイプシロン）編集
Polα（アルファ）、Polδ（デルタ）、およびPolε（イプシロン）は、ファミリーBポリメラーゼのメンバーであり、核DNA複製に関与する主要なポリメラーゼです。 Polα複合体（polα-DNAプライマーゼ複合体）は、触媒サブユニットPOLA1、調節サブユニットPOLA2、および小および大プライマーゼサブユニットPRIM1およびPRIM2の4つのサブユニットで構成されています。プライマーゼがRNAプライマーを作成すると、Polαは複製を開始し、プライマーを約20ヌクレオチド伸長させます。その高い処理能力により、PolδはPolαからリーディングおよびラギング鎖合成を引き継ぎます。：218–219Polδは遺伝子POLD1によって発現され、触媒サブユニット、POLD2、POLD3、およびPOLD4を作成し、相互作用する他のサブユニットを作成します。増殖細胞核抗原（PCNA）。これは、Polδがプロセッシビティを持つことを可能にするDNAクランプです。 Polεは、POLE1、触媒サブユニット、POLE2、およびPOLE3遺伝子によってコードされています。 Polεの機能は複製中にリーディング鎖を伸ばすことであるが、Polδは主にラギング鎖を複製することが報告されている。しかし、最近の証拠は、PolδがDNAのリーディング鎖の複製にも役割を果たしている可能性があることを示唆しています。 PolεのC末端「ポリメラーゼ遺物」領域は、ポリメラーゼ活性には不要であるにもかかわらず、細胞の活力に不可欠であると考えられています。C末端領域は、アナフェーズに入る前のチェックポイントを提供し、ホロ酵素に安定性を提供すると考えられています。複製の開始に必要なホロ酵素にタンパク質を追加します。Polεは、PCNAとは無関係に高い処理能力を提供するより大きな「パーム」ドメインを持っています。
他のファミリーBポリメラーゼと比較して、校正を担当するDEDDエキソヌクレアーゼファミリーPolεはPolαで不活性化されています。Polεは、2つの亜鉛フィンガードメインとC末端に別のファミリーBポリメラーゼの不活性コピーを持っているという点で独特です。この亜鉛フィンガーの存在は、真核生物の起源に影響を及ぼします。ケースは古風なB3ポリメラーゼでアスガルドグループに分類されます。
ポリメラーゼη、ι、κ（eta、iota、kappa）編集
Polη（eta）、Polι（ iota）、およびPolκ（カッパ）は、Dに関与するファミリーYDNAポリメラーゼです。病変を越えた合成によるNA修復であり、それぞれ遺伝子POLH、POLI、およびPOLKによってコードされています。ファミリーYのメンバーには、基質とプライマー末端の結合を助ける5つの共通のモチーフがあり、それらはすべて、小指（LF）、ポリメラーゼ関連ドメイン（PAD）などのドメインが追加された典型的な右手の親指、手のひら、指のドメインを含みます。手首。ただし、修復される病変が異なるため、活性部位は家族間で異なります。ファミリーYのポリメラーゼは忠実度の低いポリメラーゼですが、ポリメラーゼに影響を与える変異が皮膚がんや色素性乾皮症（XPS）などのさまざまな疾患を引き起こす可能性があるため、害よりも効果が高いことが証明されています。これらのポリメラーゼの重要性は、DNAポリメラーゼηをコードする遺伝子がXPVと呼ばれるという事実によって証明されています。これは、この遺伝子が失われると色素性乾皮症が発生するためです。 Polηは、紫外線に起因するDNA損傷の正確な病変横断合成を可能にするために特に重要です。 Polκの機能は完全には理解されていませんが、研究者は2つの可能性のある機能を発見しました。 Polκは、特定のDNA損傷において特定の塩基のエクステンダーまたはインサーターとして機能すると考えられています。 3つの病変横断合成ポリメラーゼはすべて、Rev1とともに、停止した複製DNAポリメラーゼを介して損傷した病変に動員されます。損傷修復には2つの経路があり、研究者は、選択した経路は損傷を含むストランド、つまり先行ストランドまたは遅延ストランドに依存すると結論付けています。
ポリメラーゼRev1およびζ（ゼータ）編集
Polζ別のBファミリーポリメラーゼは、2つのサブユニットRev3、触媒サブユニット、およびポリメラーゼの触媒機能を高めるRev7（MAD2L2）で構成されており、病変転移合成に関与しています。 Polζは3 “から5″のエキソヌクレアーゼ活性を欠いており、末端のミスマッチでプライマーを伸長できるという点で独特です。 Rev1には、BRCTドメイン、ユビキチン結合ドメイン、およびC末端ドメインに3つの関心領域があり、複製ポリメラーゼPolδおよびPolεを失速させるデオキシシチジン反対の病変を追加するdCMPトランスフェラーゼ能力があります。これらの失速したポリメラーゼはユビキチン複合体を活性化し、ユビキチン複合体は複製ポリメラーゼを分離し、PolζとRev1を動員します。 PolζとRev1が一緒になってデオキシシチジンを追加し、Polζが病変を越えて広がります。まだ決定されていないプロセスを通じて、Polζは分離し、複製ポリメラーゼは再結合して複製を継続します。 PolζとRev1は複製に必要ありませんが、新芽酵母でREV3遺伝子が失われると、複製ポリメラーゼが停止した複製フォークが崩壊するため、DNA損傷剤に対する感受性が高まる可能性があります。
テロメラーゼ編集
テロメラーゼは、通常のDNAポリメラーゼでは末端またはテロメアを複製できないため、線状染色体の末端を複製するように機能するリボヌクレオプロテインです。配列5 “-TTAGGG-3″の二本鎖染色体の一本鎖3 “オーバーハングはテロメラーゼを動員します。テロメラーゼは3″末端を延長することにより、他のDNAポリメラーゼと同様に機能しますが、他のDNAポリメラーゼとは異なり、テロメラーゼは必要ありません。テンプレート。逆転写酵素の例であるTERTサブユニットは、RNAサブユニットを使用して、テロメラーゼが染色体末端の3 “末端を延長できるようにするプライマーとテンプレートの接合部を形成します。テロメラーゼのサイズは、複数の複製の結果として徐々に減少します。寿命は老化の影響に関連していると考えられています。：248–249
テロメラーゼγ、θ、およびν（ガンマ、シータ、およびnu）編集
Polγ（ガンマ）、Polθ（シータ）、およびPolν（nu）はファミリーAポリメラーゼであり、POLG遺伝子によってコードされるPolγは長い間唯一のミトコンドリアポリメラーゼであると考えられていました。 、最近の研究では、少なくともファミリーXポリメラーゼであるPolβ（ベータ）がミトコンドリアにも存在することが示されています。制限された、または機能しないPolγにつながる変異は、mtDNAに重大な影響を及ぼし、常染色体の最も一般的な原因です。遺伝性ミトコンドリア障害。Polγには、C末端のポリメラーゼドメインとN末端の3 “–5″エキソヌクレアーゼドメインが含まれています。アクセサリーサブユニットに結合するリンカー領域を介して接続されています。アクセサリーサブユニットはDNAに結合し、Polγの処理能力に必要です。リンカー領域の点突然変異A467Tは、すべてのPolγ関連ミトコンドリア障害の3分の1以上の原因です。 POLQ遺伝子によってコードされるPolθの多くの相同体が真核生物に見られますが、その機能は明確に理解されていません。 C末端のアミノ酸配列は、PolθをファミリーAポリメラーゼとして分類するものですが、Polθのエラー率はファミリーYポリメラーゼとより密接に関連しています。 Polθはミスマッチのプライマー末端を拡張し、ヌクレオチドを追加することで脱塩基部位をバイパスすることができます。また、ポリメラーゼドメインにデオキシリボホスホジエステラーゼ（dRPase）活性があり、ssDNAに近接してATPase活性を示すことができます。 Polν（nu）は、ポリメラーゼ酵素の中で最も効果が低いと考えられています。ただし、DNAポリメラーゼnuは、架橋に対する細胞応答中の相同性修復に積極的な役割を果たし、ヘリカーゼとの複合体でその役割を果たします。
植物は、2つのファミリーAポリメラーゼを使用して、ミトコンドリアと色素体の両方のゲノムをコピーします。それらは、哺乳類のPolγよりも細菌のPolIに似ています。
逆転写酵素編集
レトロウイルスは、RNA依存性DNAポリメラーゼである逆転写酵素と呼ばれる珍しいDNAポリメラーゼをコードします。 （RdDp）RNAのテンプレートからDNAを合成します。逆転写酵素ファミリーには、DNAポリメラーゼ機能とRNase H機能の両方が含まれており、DNAと塩基対を形成したRNAを分解します。レトロウイルスの例はHIVです。逆転写酵素は一般的に研究目的でRNAの増幅に使用されます。 PCRは、RNAテンプレートを使用して逆転写酵素を利用し、DNAテンプレートを作成します。この新しいDNAテンプレートは、通常のPCR増幅に使用できます。したがって、このような実験の産物は、RNAから増幅されたPCR産物です。
各HIVレトロウイルス粒子には2つのRNAゲノムが含まれていますが、感染後、各ウイルスは1つのプロウイルスしか生成しません。感染後、逆転写には2つのゲノムコピー間のテンプレート切り替えが伴います（コピー選択組換え）。ゲノムごとに5〜14の組換えイベントが各複製サイクルで発生します。テンプレートの切り替え（再結合）は、ゲノムの完全性を維持し、損傷したゲノムを救済するための修復メカニズムとして必要であるようです。
バクテリオファージT4DNAポリメラーゼ編集
バクテリオファージ（ファージ）T4はDNAポリメラーゼをコードしますこれは、5 ‘から3’の方向でDNA合成を触媒します。ファージポリメラーゼは、3 ‘から5’の方向に作用するエキソヌクレアーゼ活性も持っており、この活性は、新しく挿入された塩基の校正と編集に使用されます。温度感受性DNAポリメラーゼを有するファージ変異体は、許容温度で増殖すると、野生型ファージの約2倍の頻度で組換えを受けることが観察されました。
ファージDNAポリメラーゼの変異による変化は、複製中にテンプレート鎖の切り替え（コピー選択組換え）を刺激する可能性があることが提案されました。
