DNS-polimeráz ε

A DNS-polimeráz ε , röviden Pol ε az eukarióta DNS-polimerázok B-családjának tagja. A katalitikus POLE, a POLE2, a POLE3 és a POLE4 alegységekből áll. 2015-ös és 2016-os tanulmányok szerint a vezető száli DNS-szintézisben és a nukleotid- és báziseltávolításos javításban fontos.^[1]^[2]

Kutatások folytak a DNS-polimeráz ε általi nukleotideltávolításos javításos DNS-szintézis tanulmányozására proliferálósejt-magantigén (PCNA), replikációs faktor C (RFC) és replikációs protein A (RPA) jelenlétében. A DNS-polimeráz ε és a DNS-polimeráz δ egyike a DNS-ligázzal együtt felhasználható UV-károsodott DNS javítására. Azonban a DNS-polimeráz δ RFC és PCNA együttes jelenlétét igényli a javításhoz. Ezenkívül csak kevés részben DNS-ligált terméket hoz létre. A DNS-polimeráz ε ezzel szemben nagyrészt független a PCNA-tól és az RFC-től (egy körülményt találtak, melyben szüksége van ezekre, mely az egyszeresszál-kötő RPA jelenlétében történő nukleotideltávolításos javítás), és jobbára ligált terméket hoz létre. A PCNA és az RFC horgonyként működnek, és a DNS-polimeráz ε-t a DNS-templátra irányítják.^[3]

Expresszió

A humán DNS-polimeráz ε-t a sejt proliferációja során expresszálja a replikatív DNS-polimerázokhoz hasonlóan.

Szerkezet

A humán DNS-polimeráz ε katalitikus alegysége egy N-terminális katalitikus 140 kDa-os és a további alegységekhez kötő 120 kDa-os doménből áll. A POLE2 59, a POLE3 17, a POLE4 12 kDa-os. Az enzim ezen alegységekből létrejövő heterotetramer.^[4]

A DNS-polimeráz ε polimeráz- és 3-exonukleáz-részei is az N-terminális doménben vannak.^[5]

Asahara et al. 2003-as tanulmánya akár 5 lehetséges működőképes DNS-polimeráz ε-szerkezetet is elképzelhetőnek tartott.^[4]

Funkció

A DNS-polimeráz ε a 3 replikatív DNS-polimeráz (α, δ, ε) egyike.^[6]

A DNS-polimeráz ε katalitikus egysége szükséges a H₃ leadásához meiózis során.^[6]

A DNS-polimeráz ε hibára hajlamos változatai esetén a mutátorfenotípusokat a nukleozid-trifoszfátok mennyisége határozza meg. Ezek a tumorfejlődést lehetővé tevő genetikai diverzitást hoznak létre ellenőrzési hibák miatt.^[7] A mutátorvariánsok a DUN1-en alapulnak, mely a dezoxiribonukleozid-trifoszfátok szintjét a normál sejtciklus során ellenőrzi, szintézisüket ellenőrzőpont-aktiváció esetén növeli. A dNTP-mennyiség csökkentése csökknti a mutátorfenotípusok hatását, növelésük pedig növeli. Ezek alapján a hibára hajlamos polimerázok okozta mutátorfenotípusokat a dNTP-szintet célzó kezelések modulálhatják.^[7]

A vezető szálon történő DNS-replikáció legnagyobb részét a Pol ε végzi, és az ellenőrző exonukleázt érintő POLE-mutációk a colorectalis rák eseteinek 3%-ában, az endometriális rákéinak 7%-ában találhatók, így gyakoribbak, mint a követőszál-replikáló Pol δ mutációi. Ezek alapján a DNS-replikáció hűségének megtartása korlátozza a tumorokat, mint azt először egerekben megfigyelték, így a mutátorpolimerázok fontos célpontok a terápiás kezelésekben.^[7]

Asahara et al. 2003-ban a DNS-rekombinációt és a kromatinátalakítást is a DNS-polimeráz ε feltételezett funkciójaként említette.^[4]

A humán exonukleáz-pozitív Pol ε hibagyakorisága 6,5·10⁻⁴, a borjú-csecsemőmirigyből származóé 7,1·10⁻⁴ lacZ-replikációk ellenőrzése alapján.^[8] Ezek pontos adatai azonban ismeretlenek, mivel Korona et al. 2010-es tanulmányában nem történt a mutánsok szekvenálása az exonukleáz-pozitív Pol ε esetén. Az exonukleáz-negatív Pol ε hibagyakorisága 4,6·10⁻³, vagyis több mint 7-szer nagyobb.^[8] A GST-jelölés nem befolyásolja jelentősen a replikáció hűségét.^[8]

A Pol ε polimeráz- és exonukleázaktivitása egyensúlyban van, így a szintézis gátlása rövidülést okoz. Így ellenőrzőpont-mediált exonukleázaktivitás-gátlása csökkenti a rövidülés okozta replikációsvilla-összeomlást.^[9]

Mutációs profil

A humán Pol ε leggyakoribb hibái Korona et al. 2010-es tanulmányában a bázispárcserék voltak – gyakoriságuk 4,4·10⁻⁵, több mint 5-ször kisebb, mint az élesztő-Pol ε-é –, a kereteltolódásos mutációk gyakorisága mintegy 10⁻⁵ volt. Bár az élesztő enzimjénél pontosabb, a bázishibák aránya a többi hibához képest a két ortológban körülbelül azonos (72%, illetve 76%).^[8]

Az exonukleáz-negatív humán Pol ε leggyakoribb báziscserehibája a T→A transzverzió (4,3·10⁻⁵). Ez T templáttal szembe érkező dTMP hibás beépítését jelenti. Ez élesztőben a 2. leggyakoribb báziscsere volt. A második leggyakoribb a C→T hiba (4·10⁻⁵). Az exonukleáz-negatív humán Pol ε esetén A→T transzverzió ritkán (1,1·10⁻⁵ valószínűséggel) lépett fel, szemben az élesztő-Pol ε-nal, mely ezt 11-szer gyakrabban követi el.^[8] A deléciók valószínűsége 7,1·10⁻⁶, az inzertációké 1,6·10⁻⁶ volt.^[8]

A hibás bázis beillesztésének katalitikus hatékonysága több mint 100-szor alacsonyabb a helyes bázis beillesztéséénél, ennek nagyrészt a $K_{m}$ 36-szoros növekedése az oka hibás dTTP esetén a helyes dATP-hez képest, mivel a $k_{cat}$ csak 28%-ára csökkent hibás nukleotid esetén. Ez a B-család többi DNS-polimerázának megfelelő eltérés.^[8]

Kölcsönhatások

A DNS-polimeráz ε ZF1 része a H_3.1–H₄ hiszton heterokromatinban gazdag komplexéhez kötve aktiválja a MORC1-et, mely a meiotikus heterokromatin-kondenzációt mediálja. A ZF1 e reakcióban kizárólag a heterokromatinban gazdag H_3.1-gyel kölcsönhat, szemben a ZF2-vel és a Pol δ-val.^[6]

A humán Pol ε-ban a ZF1 nem vesz részt az alegységközi interakcióban, és nem kölcsönhat a PCNA-val.^[6]

Az MDM2 a humán Pol ε-t stimulálja, miközben a $K_{M}$ -et csak kevéssé befolyásolja, vagyis a reakciósebességet növeli affinitásnövelés nélkül.^[4]

A Rad17 humán ellenőrzőpont-fehérje a sejtciklus során kromatinasszociált, a DNS-replikációs helyekhez köt, és a DNS-polimeráz ε-nal kölcsönhat. A foszfo-Rad17 koimmunprecipitál a DNS-polimeráz ε-nal. Ezenkívül állandósult a kölcsönhatás a Rad9, a TopBP1 és egy DNS-polimeráz ε közt.^[10]

Jegyzetek

↑ Johnson RE, Klassen R, Prakash L, Prakash S (2015. július 1.). „A Major Role of DNA Polymerase δ in Replication of Both the Leading and Lagging DNA Strands”. Molecular Cell 59 (2), 163–175. o. DOI:10.1016/j.molcel.2015.05.038. PMID 26145172. PMC 4517859.
↑ Lujan SA, Williams JS, Kunkel TA (2016. szeptember 1.). „DNA Polymerases Divide the Labor of Genome Replication”. Trends in Cell Biology 26 (9), 640–54. o. DOI:10.1016/j.tcb.2016.04.012. PMID 27262731. PMC 4993630.
↑ Shivji MK, Podust VN, Hübscher U, Wood RD (1995. április 1.). „Nucleotide excision repair DNA synthesis by DNA polymerase epsilon in the presence of PCNA, RFC, and RPA”. Biochemistry 34 (15), 5011–7. o. DOI:10.1021/bi00015a012. PMID 7711023.
↑ ^a ^b ^c ^d Asahara H, Li Y, Fuss J, Haines DS, Vlatkovic N, Boyd MT, Linn S (2003. május 1.). „Stimulation of human DNA polymerase ε by MDM2”. Nucleic Acids Res 31 (9), 2451–2459. o. DOI:10.1093/nar/gkg342. PMID 12711691. PMC 154228. (Hozzáférés: 2024. március 13.)
↑ Huang D, Pospiech H, Kesti T, Syväoja JE (1999. május 1.). „Structural organization and splice variants of the POLE1 gene encoding the catalytic subunit of human DNA polymerase epsilon”. Biochem J 339 (Pt 3), 657–665. o. PMID 10215605. PMC 1220202. (Hozzáférés: 2024. március 13.)
↑ ^a ^b ^c ^d Wang C, Huang J, Li Y, Zhang J, He C, Li T, Jiang D, Dong A, Ma H, Copenhaver GP, Wang Y (2022. október 19.). „DNA polymerase epsilon binds histone H3.1-H4 and recruits MORC1 to mediate meiotic heterochromatin condensation”. Proc Natl Acad Sci USA 119 (43), e2213540119. o. DOI:10.1073/pnas.2213540119. (Hozzáférés: 2024. március 13.)
↑ ^a ^b ^c Williams LN, Marjavaara L, Knowels GM, Schultz EM, Fox EJ, Chabes A, Herr AJ (2015. március 31.). „dNTP pool levels modulate mutator phenotypes of error-prone DNA polymerase ε variants”. PRoc Natl Acad Schi USA 112 (19), E2457–E2466. o. DOI:10.1073/pnas.1422948112. (Hozzáférés: 2024. március 13.)
↑ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g Korona DA, LeCompte KG, Pursell ZF (2010. október 29.). „The high fidelity and unique error signature of human DNA polymerase ε”. Nucleic Acids Res 39 (5), 1763–1773. o. DOI:10.1093/nar/gkq1034. PMID 21036870. PMC 3061053.
↑ Pellicanò G, Al Mamun M, Jurado-Santiago D, Villa-Hernández S, Yin X, Giannattasio M, Lanz MC, Smolka MB, Yeeles J, Shirahige K, García-Díaz M, Bermejo R (2021. július 1.). „Checkpoint-mediated DNA polymerase ε exonuclease activity curbing counteracts resection-driven fork collapse”. Mol Cell 81 (13), 2778–2792. o. DOI:10.1016/j.molcel.2021.04.006. PMID 33932350. PMC 7612761.
↑ Huang D, Pospiech H, Kesti T, Syväoja JE (1999. május 1.). „Structural organization and splice variants of the POLE1 gene encoding the catalytic subunit of human DNA polymerase epsilon”. Biochem J 339 (Pt 3), 657–665. o. PMID 10215605. PMC 1220202.

Fordítás

Ez a szócikk részben vagy egészben a DNA polymerase epsilon című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.

További információk

Orvostudományi portál • összefoglaló, színes tartalomajánló lap

[1] Johnson RE, Klassen R, Prakash L, Prakash S (2015. július 1.). „A Major Role of DNA Polymerase δ in Replication of Both the Leading and Lagging DNA Strands”. Molecular Cell 59 (2), 163–175. o. DOI:10.1016/j.molcel.2015.05.038. PMID 26145172. PMC 4517859.

[pmid27262731-2] Lujan SA, Williams JS, Kunkel TA (2016. szeptember 1.). „DNA Polymerases Divide the Labor of Genome Replication”. Trends in Cell Biology 26 (9), 640–54. o. DOI:10.1016/j.tcb.2016.04.012. PMID 27262731. PMC 4993630.

[3] Shivji MK, Podust VN, Hübscher U, Wood RD (1995. április 1.). „Nucleotide excision repair DNA synthesis by DNA polymerase epsilon in the presence of PCNA, RFC, and RPA”. Biochemistry 34 (15), 5011–7. o. DOI:10.1021/bi00015a012. PMID 7711023.

[Asahara_2003-4] Asahara H, Li Y, Fuss J, Haines DS, Vlatkovic N, Boyd MT, Linn S (2003. május 1.). „Stimulation of human DNA polymerase ε by MDM2”. Nucleic Acids Res 31 (9), 2451–2459. o. DOI:10.1093/nar/gkg342. PMID 12711691. PMC 154228. (Hozzáférés: 2024. március 13.)

[Huang_1999-5] Huang D, Pospiech H, Kesti T, Syväoja JE (1999. május 1.). „Structural organization and splice variants of the POLE1 gene encoding the catalytic subunit of human DNA polymerase epsilon”. Biochem J 339 (Pt 3), 657–665. o. PMID 10215605. PMC 1220202. (Hozzáférés: 2024. március 13.)

[Wang_2022-6] Wang C, Huang J, Li Y, Zhang J, He C, Li T, Jiang D, Dong A, Ma H, Copenhaver GP, Wang Y (2022. október 19.). „DNA polymerase epsilon binds histone H3.1-H4 and recruits MORC1 to mediate meiotic heterochromatin condensation”. Proc Natl Acad Sci USA 119 (43), e2213540119. o. DOI:10.1073/pnas.2213540119. (Hozzáférés: 2024. március 13.)

[Williams_2015-7] Williams LN, Marjavaara L, Knowels GM, Schultz EM, Fox EJ, Chabes A, Herr AJ (2015. március 31.). „dNTP pool levels modulate mutator phenotypes of error-prone DNA polymerase ε variants”. PRoc Natl Acad Schi USA 112 (19), E2457–E2466. o. DOI:10.1073/pnas.1422948112. (Hozzáférés: 2024. március 13.)

[Korona_2010-8] ↑ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g Korona DA, LeCompte KG, Pursell ZF (2010. október 29.). „The high fidelity and unique error signature of human DNA polymerase ε”. Nucleic Acids Res 39 (5), 1763–1773. o. DOI:10.1093/nar/gkq1034. PMID 21036870. PMC 3061053.

[9] Pellicanò G, Al Mamun M, Jurado-Santiago D, Villa-Hernández S, Yin X, Giannattasio M, Lanz MC, Smolka MB, Yeeles J, Shirahige K, García-Díaz M, Bermejo R (2021. július 1.). „Checkpoint-mediated DNA polymerase ε exonuclease activity curbing counteracts resection-driven fork collapse”. Mol Cell 81 (13), 2778–2792. o. DOI:10.1016/j.molcel.2021.04.006. PMID 33932350. PMC 7612761.

[10] Huang D, Pospiech H, Kesti T, Syväoja JE (1999. május 1.). „Structural organization and splice variants of the POLE1 gene encoding the catalytic subunit of human DNA polymerase epsilon”. Biochem J 339 (Pt 3), 657–665. o. PMID 10215605. PMC 1220202.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]