Войти
ДНК-лигаза 3 - это фермент, который в человека, кодируется геном LIG3 . Ген LIG3 человека кодирует АТФ -зависимые ДНК-лигазы, которые закрывают разрывы в фосфодиэфирной основной цепи дуплексной ДНК.
. Существует три семейства АТФ -зависимые ДНК-лигазы у эукариот. Эти ферменты используют тот же трехступенчатый механизм реакции; (i) образование ковалентного промежуточного соединения фермент-аденилат; (ii) перенос аденилатной группы на 5’-фосфатный конец ника ДНК; (iii) образование фосфодиэфирной связи. В отличие от членов семейства LIG1 и LIG4, которые встречаются почти у всех эукариот, члены семейства LIG3 распространены менее широко. Ген LIG3 кодирует несколько различных видов ДНК-лигаз с помощью альтернативных механизмов инициации трансляции и альтернативного сплайсинга, которые описаны ниже.
Эукариотические АТФ-зависимые ДНК-лигазы имеют родственную каталитическую область, которая содержит три домена: ДНК-связывающий домен, домен аденилирования и олигонуклеотидный / олигосахаридный скрученный домен связывания. Когда эти ферменты задействуют разрыв в дуплексной ДНК, эти домены окружают дуплекс ДНК, и каждый из них контактирует с ДНК. Структура каталитической области ДНК-лигазы III в комплексе с разорванной ДНК была определена с помощью рентгеновской кристаллографии и очень похожа на структуру, образованную каталитической областью ДНК-лигазы I человека, связанной с разорванной ДНК. Уникальной особенностью ДНК-лигаз, кодируемых геном LIG3, является N-конец цинковый палец, который напоминает два цинковых пальца на N-конце поли (АДФ-рибозы) полимеразы. 1 (PARP1 ). Как и в случае с цинковыми пальцами PARP1, цинковые пальцы ДНК-лигазы III участвуют в связывании с разрывами цепи ДНК. Внутри полипептида ДНК-лигазы III «цинковый палец» взаимодействует с ДНК-связывающим доменом с образованием ДНК-связывающего модуля. Кроме того, домен аденилирования и складчатый домен связывания олигонуклеотидов / олигосахаридов образуют второй модуль связывания ДНК. В модели складного ножа, предложенной лабораторией Элленбергера, модуль ДНК-связывающего домена цинкового пальца служит датчиком разрыва цепи, который связывается с разрывами одноцепочечной ДНК независимо от природы концов разрыва цепи. Если эти разрывы поддаются лигированию, они переносятся в модуль складчатого домена аденилированный домен-олигонуклеотид / олигосахарид, который специфически связывается с лигируемыми разрывами. По сравнению с ДНК-лигазами I и IV, ДНК-лигаза III является наиболее активным ферментом в межмолекулярном соединении дуплексов ДНК. Эта активность преимущественно зависит от цинкового пальца ДНК-лигазы III, что позволяет предположить, что два ДНК-связывающих модуля ДНК-лигазы III могут одновременно взаимодействовать с концами дуплексной ДНК.
Альтернативный перевод Механизмы инициирования и сплайсинга изменяют последовательности амино - и карбокси-концевых, которые фланкируют каталитическую область ДНК-лигазы III. В альтернативном механизме сплайсинга заменяется экзон, кодирующий С-концевой С-концевой домен белка 1 восприимчивости к раку молочной железы (BRCT ) на С-конце ДНК-лигазы III-альфа. короткой положительно заряженной последовательностью, которая действует как сигнал ядерной локализации, генерируя ДНК-лигазу III-бета. Этот вариант с альтернативным сплайсингом на сегодняшний день обнаружен только в мужских половых клетках. Основываясь на характере экспрессии во время сперматогенеза, представляется вероятным, что ДНК-лигаза IIIbeta участвует в мейотической рекомбинации и / или репарации ДНК в гаплоидных сперматозоидах, но это не так. были окончательно продемонстрированы. Хотя внутренний ATG является предпочтительным сайтом для инициации трансляции в пределах открытой рамки считывания ДНК-лигазы III , инициации трансляции также происходят на первом ATG в пределах открытой рамки считывания, что приводит к синтезу полипептида с N-концевая митохондриальная нацеливающая последовательность.
Как упоминалось выше, ДНК-лигаза III-альфа мРНК кодирует ядерную и митохондриальную версии ДНК-лигазы III-альфа. Ядерная ДНК-лигаза III-альфа существует и функционирует в стабильном комплексе с белком репарации ДНК XRCC1. Эти белки взаимодействуют через свои С-концевые домены BRCT. XRCC1 не обладает ферментативной активностью, но вместо этого, по-видимому, действует как каркасный белок, взаимодействуя с большим количеством белков, участвующих в вырезании оснований и репарации однонитевых разрывов. Участие XRCC1 в этих путях согласуется с фенотипом клеток xrcc1. В отличие от ядерной ДНК-лигазы III-альфа, митохондриальная ДНК лигаза III-альфа функционирует независимо от XRCC1, который не обнаруживается в митохондриях. По-видимому, ядерная ДНК-лигаза III-альфа образует комплекс с XRCC1 в цитоплазме, и последующее ядерное нацеливание полученного комплекса направляется сигналом ядерной локализации XRCC1 . Хотя митохондриальная ДНК-лигаза III-альфа также взаимодействует с XRCC1, вероятно, что активность митохондриальной целевой последовательности ДНК-лигазы III-альфа выше, чем активность сигнала ядерной локализации XRCC1 и что ДНК-лигаза III-альфа / XRCC1 комплекс разрушается, когда митохондриальная ДНК-лигаза III-альфа проходит через митохондриальную мембрану.
Поскольку ген LIG3 кодирует единственную ДНК-лигазу в митохондриях, инактивация гена LIG3 приводит к потере митохондриальной ДНК, что, в свою очередь, приводит к потере митохондриальной функции. Фибробласты с инактивированным геном Lig3 можно размножать в среде, дополненной уридином и пируватом. Однако в этих клетках отсутствует мтДНК. Физиологические уровни митохондриальной ДНК-лигазы III кажутся чрезмерными, и клетки со 100-кратным снижением митохондриального содержания митохондриальной ДНК-лигазы III-альфа поддерживают нормальное количество копий мтДНК. Существенная роль ДНК-лигазы III-альфа в метаболизме митохондриальной ДНК может выполняться другими ДНК-лигазами, включая НАД-зависимую ДНК-лигазу E. coli, если они нацелены на митохондрии. Таким образом, могут быть созданы жизнеспособные клетки, в которых отсутствует ядерная ДНК-лигаза III-альфа. Хотя ДНК-лигаза I является преобладающим ферментом, который объединяет фрагменты Окадзаки во время репликации ДНК, теперь очевидно, что комплекс ДНК-лигаза III-альфа / XRCC1 позволяет клеткам, у которых либо отсутствует, либо снижена активность ДНК-лигазы I, завершаться Репликация ДНК. Учитывая биохимические исследования и исследования клеточной биологии, связывающие комплекс ДНК-лигаза III-альфа / XRCC1 с эксцизионной репарацией и репарацией однонитевых разрывов ДНК, было удивительно, что клетки, лишенные ядерной ДНК-лигазы III-альфа, не показали значительно повышенной чувствительности к ДНК. повреждающий агент. Эти исследования предполагают, что существует значительная функциональная избыточность между ДНК-лигазой I и ДНК-лигазой III-альфа в этих путях репарации ядерной ДНК. В клетках млекопитающих большинство двухцепочечных разрывов ДНК репарируются с помощью ДНК-лигазы IV-зависимого негомологичного соединения концов (NHEJ ). ДНК-лигаза III-альфа участвует в минорном альтернативном пути NHEJ, который генерирует хромосомные транслокации. В отличие от других функций репарации ядерной ДНК, похоже, что роль ДНК-лигазы III-альфа в альтернативном NHEJ не зависит от XRCC1.
В отличие от генов LIG1 и LIG4, наследуемые мутации в гене LIG3 не были идентифицированы в человеческой популяции. Однако ДНК-лигаза III-альфа косвенно участвует в развитии рака и нейродегенеративных заболеваний. При раке ДНК-лигаза III-альфа часто сверхэкспрессируется, и это служит биомаркером для идентификации клеток, которые в большей степени зависят от альтернативного пути NHEJ для репарации двухцепочечных разрывов ДНК. Хотя повышенная активность альтернативного пути NHEJ вызывает нестабильность генома, которая стимулирует прогрессирование заболевания, она также представляет собой новую мишень для разработки терапевтических стратегий, специфичных для раковых клеток. Некоторые гены, кодирующие белки, которые взаимодействуют напрямую с ДНК-лигазой III-альфа или опосредованно через взаимодействия с XRCC1, были идентифицированы как мутировавшие при наследственных нейродегенеративных заболеваниях. Таким образом, очевидно, что транзакции ДНК с участием ДНК-лигазы III-альфа играют важную роль в поддержании жизнеспособности нейрональных клеток.
LIG3 играет роль в опосредованном микрогомологией репарации соединения концов (MMEJ). двойных разрывов прядей. Это один из 6 ферментов, необходимых для этого пути репарации ДНК, подверженного ошибкам. LIG3 активируется при хроническом миелоидном лейкозе, множественной миеломе и раке груди.
Ракам очень часто не хватает экспрессии одного или нескольких генов репарации ДНК, но сверхэкспрессия гена репарации ДНК менее обычна при раке.. Например, по меньшей мере 36 ферментов репарации ДНК, когда мутационно дефектны в клетках зародышевой линии, вызывают повышенный риск рака (наследственные синдромы рака ). (Также см. расстройство дефицита репарации ДНК.) Аналогичным образом, по крайней мере, 12 генов репарации ДНК часто оказывались эпигенетически репрессированными при одном или нескольких раковых заболеваниях. (См. Также Эпигенетически сниженная репарация ДНК и рак.) Обычно недостаточная экспрессия фермента репарации ДНК приводит к увеличению нерепарированных повреждений ДНК, которые из-за ошибок репликации (синтез транслезии ), приводят к мутациям и раку. Однако репарация MMEJ, опосредованная LIG3, очень неточна, поэтому в этом случае чрезмерная экспрессия, а не недостаточная экспрессия, по-видимому, приводит к раку.
