strukturer / ECOD

RCSB PDB; PDBe; PDBj

struktursammanfattning

strukturer / ECOD

RCSB PDB; PDBe; PDBj

struktursammanfattning

strukturer / ECOD

FBF

RCSB FBB; PDBe; PDBj

strukturöversikt

Baserat på sekvenshomologi kan DNA-polymeraser delas upp ytterligare i sju olika familjer: A, B, C, D, X, Y, och RT.

Vissa virus kodar också för speciella DNA-polymeraser, såsom DNA-polymeras av hepatit B-virus. Dessa kan selektivt replikera viralt DNA genom en mängd olika mekanismer. Retrovirus kodar för ett ovanligt DNA-polymeras som kallas omvänt transkriptas, vilket är ett RNA-beroende DNA-polymeras (RdDp). Det polymeriserar DNA från en mall av RNA.

ProkaryotpolymerasRedigera

Prokaryotpolymeraser finns i två former: kärnpolymeras och holoenzym. Kärnpolymeras syntetiserar DNA från DNA-mallen men det kan inte initiera syntesen enbart eller exakt. Holoenzym initierar noggrant syntes.

Pol IEdit

Prokaryot familj A-polymeraser inkluderar DNA-polymeras I (Pol I) -enzymet, som kodas av polA-genen och är allestädes närvarande bland prokaryoter. Detta reparationspolymeras är involverat i excisionsreparation med både 3 ”–5” och 5 ”-3” exonukleasaktivitet och bearbetning av Okazaki-fragment genererade under eftersläpande syntes. Pol I är det vanligaste polymeraset och står för > 95% av polymerasaktiviteten i E. coli; ändå har celler som saknar Pol I hittats vilket tyder på Pol I-aktivitet kan ersättas med de andra fyra polymeraserna. Pol I lägger till ~ 15-20 nukleotider per sekund, vilket visar dålig processivitet. Istället börjar Pol I lägga till nukleotider vid RNA-primern: mallkorsning känd som replikationsursprunget (ori). Cirka 400 bp nedströms från ursprunget monteras Pol III-holoenzymet och tar över replikering med hög processiv hastighet och natur.

Taq-polymeras är ett värmestabilt enzym av denna familj som saknar korrekturläsning.

Pol IIEdit

DNA-polymeras II är en familj B-polymeras kodad av polB-genen. Pol II har 3 ”–5” exonukleasaktivitet och deltar i DNA-reparation, replikeringsåterstart för att kringgå lesioner, och dess cellnärvaro kan hoppa från ~ 30-50 kopior per cell till ~ 200–300 under SOS-induktion. Pol II anses också vara en säkerhetskopia till Pol III eftersom den kan interagera med holoenzymproteiner och anta en hög processivitetsnivå. Pol II: s huvudroll anses vara förmågan att rikta polymerasaktivitet mot replikationsgaffeln och hjälpte till att stoppa Pol III-förbigångsterminala matchningar.

Pfu DNA-polymeras är ett värmestabilt enzym av denna familj som finns i den hypertermofila arkeon Pyrococcus furiosus. Detaljerad klassificering delar upp familj B i archaea i B1, B2, B3, där B2 är en grupp av pseudoenzymer. Pfu tillhör familjen B3. Andra polb som finns i archaea är en del av ”Casposons”, Cas1-beroende transposoner. Vissa virus (inklusive ~ 29 DNA-polymeras) och mitokondriella plasmider bär också polB.

Pol IIIEdit

DNA-polymeras III-holoenzym är det primära enzymet som är involverat i DNA-replikering i E. coli och tillhör till familj C-polymeraser. Den består av tre enheter: pol III-kärnan, beta-glidande klämprocessivitetsfaktor och klämbelastningskomplexet. Kärnan består av tre underenheter: α, polymerasaktivitetsnavet, ɛ, exonukleolytisk korrekturläsare och θ, som kan fungera som en stabilisator för ɛ. Den beta-glidande klämprocessivitetsfaktorn finns också i duplikat, en för varje kärna, för att skapa en klämma som omsluter DNA som möjliggör hög processivitet. Den tredje sammansättningen är en sju-subenhet (τ2γδδ′χψ) klämlastarkomplex.

Den gamla läroboken ”trombonmodell” visar ett förlängningskomplex med två ekvivalenter av kärnenzymet vid varje replikationsgaffel (RF), en för varje sträng, den släpande och ledande. Nyligen bevis från enmolekylstudier indikerar emellertid ett genomsnitt av tre stökiometriska ekvivalenter av kärnenzym vid varje RF för både Pol III och dess motsvarighet i B. subtilis, PolC.Fluorescerande mikroskopi i celler har avslöjat att ledande strängsyntes kanske inte är helt kontinuerlig, och Pol III * (dvs. holoenzymet α, ε, τ, δ och χ underenheter utan glidklämman ß2) har en hög frekvens av dissociation från aktiv RF: er. I dessa studier var replikeringsgaffelomsättningshastigheten cirka 10 sekunder för Pol III *, 47 sekunder för ß2-glidklämman och 15 meter för DnaB helicase. Detta antyder att DnaB-helikaset kan förbli stabilt associerat vid RF och fungera som en kärnbildningspunkt för det kompetenta holoenzymet. In vitro-enkelmolekylstudier har visat att Pol III * har en hög frekvens av RF-omsättning i överskott, men förblir stabilt associerad med replikationsgafflar när koncentrationen är begränsande. En annan enmolekylstudie visade att DnaB-helikasaktivitet och strängförlängning kan fortsätta med avkopplad, stokastisk kinetik.

Pol IVEdit

I E. coli är DNA-polymeras IV (Pol IV) ett felbenäget DNA-polymeras involverat i icke-riktad mutagenes. Pol IV är ett familj Y-polymeras uttryckt av dinB-genen som slås på via SOS-induktion orsakad av stallade polymeraser vid replikationsgaffeln. Under SOS-induktion ökas Pol IV-produktionen tio gånger och en av funktionerna under denna tid är att störa Pol III-holoenzymprocessiviteten. Detta skapar en kontrollpunkt, stoppar replikering och ger tid att reparera DNA-lesioner via lämplig reparationsväg. En annan funktion av Pol IV är att utföra translesionsyntes vid den stoppade replikationsgaffeln som t.ex. att kringgå N2-deoxyguaninaddukter i en snabbare takt än att transversera oskadat DNA. Celler som saknar dinB-gen har en högre grad av mutagenes orsakad av DNA-skadande medel.

Pol VEdit

DNA-polymeras V (Pol V) är ett Y-familj DNA-polymeras som är involverat i SOS-svar och DNA-reparationsmekanismer för translesionssyntes. Transkription av Pol V via umuDC-generna är starkt reglerad för att endast producera Pol V när skadat DNA finns i cellen och genererar ett SOS-svar. Stoppade polymeraser får RecA att binda till ssDNA, vilket gör att LexA-proteinet autodigest. LexA tappar sedan sin förmåga att undertrycka transkriptionen av umuDC-operonen. Samma RecA-ssDNA-nukleoprotein modifierar posttranslationellt UmuD-proteinet till UmuD ”-protein. UmuD och UmuD” bildar en heterodimer som interagerar med UmuC, vilket i sin tur aktiverar umuC ”s-polymeraskatalytisk aktivitet på skadad DNA. I E. coli, ett polymeras” verktygsbälte ”-modell för att byta pol III med pol IV vid en fast replikationsgaffel, där båda polymeraserna binder samtidigt till β-klämman, har föreslagits. Emellertid har involvering av mer än ett TLS-polymeras som arbetar i följd för att kringgå en lesion ännu inte visats i E. coli. Dessutom kan Pol IV katalysera både insättning och förlängning med hög effektivitet, medan pol V anses vara det viktigaste SOS TLS-polymeraset. Ett exempel är förbikoppling av intra-sträng guanintymintvärbindning där det visades på grundval av skillnaden i mutationssignaturerna för de två polymeraserna, att pol IV och pol V tävlar om TLS för tvärbindningen mellan strängar.

Family DEdit

1998 upptäcktes familjen D av DNA-polymeras i Pyrococcus furiosus och Methanococcus jannaschii. PolD-komplexet är en heterodimer av två kedjor, var och en kodad av DP1 (liten korrekturläsning) och DP2 (stor katalytisk). Till skillnad från andra DNA-polymeraser liknar strukturen och mekanismen hos den katalytiska DP2-kärnan den hos RNA-polymeraser med flera subenheter. DP1-DP2-gränssnittet liknar det för Eukaryotic zinkfinger av klass B-polymeras och dess lilla underenhet. DP1, ett Mre11-liknande exonukleas, är sannolikt föregångaren till liten subenhet av Pol α och ε, vilket ger korrekturläsningskapacitet som nu förlorats i eukaryoter. Dess N-terminala HSH-domän liknar AAA-proteiner, särskilt Pol III-underenhet δ och RuvB, i struktur. DP2 har en klass II KH-domän. Pyrococcus abyssi polD är mer värmestabil och mer exakt än Taq-polymeras, men har ännu inte marknadsförts. Det har föreslagits att familj D-DNA-polymeras var det första som utvecklades i cellulära organismer och att det replikativa polymeraset från Last Universal Cellular Ancestor (LUCA) tillhörde familj D.

Eukaryot DNA-polymerasRedigera

Polymeraser β, λ, σ, μ (beta, lambda, sigma, mu) och TdTEdit

Familj X-polymeraser innehåller det välkända eukaryota polymeraset pol β (beta), liksom andra eukaryota polymeraser såsom Pol σ (sigma), Pol λ (lambda), Pol μ (mu) och Terminal deoxinukleotidyltransferas (TdT). Familj X-polymeraser finns främst hos ryggradsdjur, och några finns i växter och svampar. Dessa polymeraser har mycket konserverade regioner som inkluderar två helix-hårnål-helix-motiv som är absolut nödvändiga i DNA-polymerasinteraktioner. Ett motiv är beläget i 8 kDa-domänen som interagerar med nedströms DNA och ett motiv ligger i tumdomänen som interagerar med primersträngen.Pol β, kodad av POLB-gen, krävs för reparation av korta plåster, en DNA-reparationsväg som är nödvändig för att reparera alkylerade eller oxiderade baser såväl som abasiska platser. Pol λ och Pol μ, kodad av POLL- och POLM-generna, är involverade i icke-homolog slutförening, en mekanism för att återansluta DNA-dubbelsträngsbrott på grund av väteperoxid respektive joniserande strålning. TdT uttrycks endast i lymfoid vävnad och lägger till ”n nukleotider” till dubbelsträngsbrott bildade under V (D) J-rekombination för att främja immunologisk mångfald.

Polymeraser α, δ och ε (alfa, delta, och epsilon) Redigera

Pol α (alfa), Pol δ (delta) och Pol ε (epsilon) är medlemmar i Family B-polymeraser och är de viktigaste polymeraserna som är involverade i kärn-DNA-replikering. Pol α-komplex (pol α-DNA-primaskomplex) består av fyra underenheter: den katalytiska underenheten POLA1, den reglerande underenheten POLA2 och de små och de stora primasenheterna PRIM1 respektive PRIM2. När primas har skapat RNA-primern börjar Pol α replikering förlänga primern med ~ 20 nukleotider. På grund av sin höga processivitet tar Pol δ över den ledande och eftersläpande strandsyntesen från Pol α.: 218–219 Pol δ uttrycks av generna POLD1, vilket skapar den katalytiska underenheten, POLD2, POLD3 och POLD4 och skapar de andra subenheterna som interagerar med Proliferating Cell Nuclear Antigen (PCNA), som är en DNA-klämma som tillåter Pol δ att ha processivitet. Pol ε kodas av POLE1, den katalytiska subenheten, POLE2 och POLE3-genen. Det har rapporterats att funktionen för Pol ε är att förlänga den ledande strängen under replikation, medan Pol δ i första hand replikerar den eftersläpande strängen; emellertid föreslog nyligen bevis att Pol δ också skulle kunna spela en roll i att replikera den ledande DNA-strängen. Pol ε ”s” C-terminus ”-polymeras-relikregion, trots att den är onödig för polymerasaktivitet, anses vara väsentlig för cellens vitalitet. C-terminalregionen tros ge en kontrollpunkt innan den går in i anafas, ger stabilitet till holoenzymet, och tillsätt proteiner till holoenzymet som är nödvändigt för initiering av replikering. Pol ε har en större ”palm” -domän som ger hög processivitet oberoende av PCNA.

Jämfört med andra familj B-polymeraser, är DEDD-exonukleasfamiljen ansvarig för korrekturläsning är inaktiverad i Pol α. Pol ε är unik genom att den har två zinkfingerdomäner och en inaktiv kopia av en annan familj B-polymeras i dess C-terminal. Närvaron av detta zinkfinger har konsekvenser i Eukaryotas ursprung, vilket i detta fall placeras i Asgard-gruppen med archaeal B3-polymeras.

Polymeraser η, ι och κ (eta, iota och kappa) Redigera

Pol η (eta), Pol ι ( iota) och Pol K (kappa), är familj Y DNA-polymeraser involverade i D NA-reparation genom translesionsyntes och kodad av generna POLH, POLI respektive POLK. Medlemmar av familj Y har fem vanliga motiv för att hjälpa till att binda substrat och primeränd och de inkluderar alla den typiska högra handtummen, handflatan och fingerdomänerna med tillagda domäner som lillfinger (LF), polymerasassocierad domän (PAD) eller handled. Den aktiva webbplatsen skiljer sig emellertid mellan familjemedlemmar på grund av att de olika lesionerna repareras. Polymeraser i familj Y är lågfidelitetspolymeraser, men har visat sig göra mer nytta än skada, eftersom mutationer som påverkar polymeras kan orsaka olika sjukdomar, såsom hudcancer och Xeroderma Pigmentosum Variant (XPS). Vikten av dessa polymeraser framgår av det faktum att gen som kodar för DNA-polymeras η kallas XPV, eftersom förlust av denna gen resulterar i sjukdomen Xeroderma Pigmentosum Variant. Pol η är särskilt viktigt för att möjliggöra exakt translesionssyntes av DNA-skador till följd av ultraviolett strålning. Funktionen hos Pol κ är inte helt förstådd, men forskare har hittat två möjliga funktioner. Pol κ tros fungera som en förlängare eller en införare av en specifik bas vid vissa DNA-lesioner. Alla tre translasionsyntespolymeraser, tillsammans med Rev1, rekryteras till skadade lesioner via stallade replikativa DNA-polymeraser. Det finns två vägar för skadereparationsledande forskare som drar slutsatsen att den valda vägen beror på vilken sträng som innehåller skadan, den ledande eller eftersläpande strängen.

Polymeraser Rev1 och ζ (zeta) Redigera

Pol ζ ett annat B-familjepolymeras, består av två underenheter Rev3, den katalytiska underenheten, och Rev7 (MAD2L2), vilket ökar den katalytiska funktionen hos polymeraset och är involverad i translesionsyntes. Pol ζ saknar 3 ”till 5” exonukleasaktivitet, är unik genom att den kan förlänga primers med terminala matchningar. Rev1 har tre regioner av intresse för BRCT-domänen, ubiquitinbindande domän och C-terminal domän och har dCMP-transferasförmåga, vilket adderar deoxicytidin motsatta lesioner som skulle stoppa replikativa polymeraser Pol δ och Pol ε.Dessa stallade polymeraser aktiverar ubikvitinkomplex som i sin tur kopplar bort replikationspolymeraser och rekryterar Pol ζ och Rev1. Tillsammans tillsätter Pol ζ och Rev1 deoxycytidin och Pol ζ sträcker sig förbi lesionen. Genom en ännu obestämd process avskiljer Pol ζ och replikationspolymeraser kopplas om och fortsätter replikationen. Pol ζ och Rev1 krävs inte för replikering, men förlust av REV3-gen i spirande jäst kan orsaka ökad känslighet för DNA-skadande medel på grund av kollaps av replikationsgafflar där replikationspolymeraser har stoppat.

TelomeraseEdit

Telomeras är ett ribonukleoprotein som fungerar för att replikera ändar av linjära kromosomer eftersom normalt DNA-polymeras inte kan replikera ändarna eller telomererna. Enkelsträngs 3 ”överhäng av dubbelsträngad kromosom med sekvensen 5” -TTAGGG-3 ”rekryterar telomeras. Telomeras fungerar som andra DNA-polymeraser genom att förlänga 3” -änden, men till skillnad från andra DNA-polymeraser kräver telomeras inte en mall. TERT-underenheten, ett exempel på ett omvänd transkriptas, använder RNA-underenheten för att bilda primer-mall-korsningen som gör det möjligt för telomeras att förlänga 3 ”-änden på kromosomändarna. Den gradvisa minskningen i storlek på telomerer som ett resultat av många replikationer över en livslängd tros associeras med effekterna av åldrande.: 248-249

Polymeraser γ, θ och ν (gamma, theta och nu) Redigera

Pol γ (gamma), Pol θ (theta) och Pol ν (nu) är polymeraser av familj A. Pol γ, kodad av POLG-genen, ansågs länge vara det enda mitokondriella polymeraset. , visar ny forskning att åtminstone Pol β (beta), ett Family X-polymeras, också finns i mitokondrier. Varje mutation som leder till begränsad eller icke-fungerande Pol γ har en signifikant effekt på mtDNA och är den vanligaste orsaken till autosomal ärvda mitokondriella störningar. Pol y innehåller en C-terminus polymerasdomän och en N-terminal 3 ”–5” exonukleasdomän som är ansluten via länkarregionen, som binder tillbehörsenheten. Tillbehörsunderenheten binder DNA och krävs för processivitet av Pol γ. Punktmutation A467T i linkerregionen är ansvarig för mer än en tredjedel av alla Pol γ-associerade mitokondriella störningar. Medan många homologer av Pol θ, kodade av POLQ-genen, finns i eukaryoter, är dess funktion inte klart förstått. Sekvensen av aminosyror i C-terminalen är det som klassificerar Pol θ som Family A-polymeras, även om felfrekvensen för Pol θ är närmare relaterad till Family Y-polymeraser. Pol θ förlänger felaktiga primerterminer och kan kringgå abasiska platser genom att tillsätta en nukleotid. Den har också deoxiribofosfodiesteras (dRPase) -aktivitet i polymerasdomänen och kan visa ATPas-aktivitet i närheten av ssDNA. Pol v (nu) anses vara den minst effektiva av polymerasenzymerna. DNA-polymeras nu spelar emellertid en aktiv roll i homologireparation under cellulära svar på tvärbindningar och uppfyller dess roll i ett komplex med helikas.

Växter använder två Family A-polymeraser för att kopiera både mitokrondriellt och plastid genom. De liknar mer bakteriell Pol I än de är med mamallian Pol γ.

Omvänd transkriptasRedigera

Retrovirus kodar för ett ovanligt DNA-polymeras som kallas omvänd transkriptas, vilket är ett RNA-beroende DNA-polymeras (RdDp) som syntetiserar DNA från en mall av RNA. Den omvända transkriptasfamiljen innehåller både DNA-polymerasfunktionalitet och RNase H-funktionalitet, vilket bryter ner RNA-basparat med DNA. Ett exempel på ett retrovirus är HIV. Omvänd transkriptas används vanligtvis vid amplifiering av RNA för forskningsändamål. Med hjälp av en RNA-mall kan PCR använda omvänd transkriptas och skapa en DNA-mall. Denna nya DNA-mall kan sedan användas för typisk PCR-amplifiering. Produkterna från ett sådant experiment är sålunda amplifierade PCR-produkter från RNA.

Varje HIV-retroviruspartikel innehåller två RNA-genom, men efter en infektion genererar varje virus bara ett provirus. Efter infektion åtföljs omvänd transkription av mallväxling mellan de två genomkopiorna (kopieringsvalskombination). Från 5 till 14 rekombinationshändelser per genom inträffar vid varje replikationscykel. Mallväxling (rekombination) verkar vara nödvändig för att upprätthålla genomintegritet och som en reparationsmekanism för att rädda skadade genomer. som katalyserar DNA-syntes i 5′-3′-riktning. Fagpolymeraset har också en exonukleasaktivitet som verkar i 3 ’till 5’-riktning, och denna aktivitet används vid korrekturläsning och redigering av nyinsatta baser. En fagmutant med ett temperaturkänsligt DNA-polymeras, när det odlades vid tillåtna temperaturer, observerades genomgå rekombination vid frekvenser som är ungefär två gånger högre än för vildtypsfager.

Det föreslogs att en mutationsförändring i fag-DNA-polymeraset kan stimulera mallsträngbyte (kopieringsvalskombination) under replikering.