DNS-polimeráz ι

DNS-polimeráz ι
Azonosítók
Jel	POLI, RAD30B
PDB	1T3N
Egyéb adatok
Lokusz	18. krom. q21.2

A DNS-polimeráz ι a POLI gén által kódolt enzim.^[1] A magasabbrendű élőlényekben található, és feltehetően a Pol η génduplikációjából ered. A Pol ι az Y-családba tartozó és a transzléziós szintézisben fontos DNS-polimeráz,. A 6-4 pirimidinadduktumokat és a bázismentes helyeket átugorja, és gyakran hibás bázist illeszt be. Más Y-családbeli polimerázokhoz hasonlóan a Pol ι processzivitása alacsony, DNS-kötő helye nagy, és nem változik meg DNS-kötéskor a szerkezete. Ezek teszik lehetővé a Pol ι általi transzléziós szintézist. A Pol ι csak Hoogsteen-bázispárokat használ, a DNS-szintézis során az adenint a szin-konformációjú timinhez, a citozint és a timint anti-konformációjú guaninhoz adja, melyet szin-konformációba fordít. Ez magyarázza nagy hatékonyságát és hűségét a templátban lévő A, C és G esetén, illetve alacsony hatékonyságát T esetén.^[2]

Filogenetika

A Pol ι evolúciósan állandósult, és homológjai számos más élőlényben megtalálhatók. Más Y-családbeli DNS-polimerázokkal szemben azonban nem ismertek prokarióta, élesztő- vagy fonálféreg-homológjai. A legtöbb növényben nem ismertek POLI-homológok, azonban 7 zöldmoszatfajban, valamint a Selaginella moellendorffiiban azonosították.^[2]

Egyes feltételezések szerint a POLI a POLH duplikációjából nem sokkal a rovarok különválása előtt alakult ki, mivel a Drosophila melanogaster Pol ι-ja jobban hasonlít a Saccharomyces cerevisiae Pol η-jához, mint a humán Pol ι-hoz.^[2] A Pol η a Pol ι legközelebbi ortológja emlősökben.^[2]

Mivel a Pol ι-t csirkesejtekben nem azonosították, eleinte úgy gondolták, hogy nem fordul elő madarakban Pol ι, azonban később több mint 50 madárfajban azonosították.^[2]

Szerkezet

A humán Pol ι mintegy 80 kDa-os fehérje 715 aminosavval. Egyes referenciaszekvenciák, például az NM_007195.2 szerint 740 aminosavas további 25 N-terminális aminosavval, azonban kísérleti bizonyítékok szerint a 715 aminosavas az elsődleges izoforma.^[2]

Szekvenciahomológia-hiánya ellenére a Pol ι a többi DNS-polimerázhoz hasonlóan egy jobb kézre hasonlít ujj- (38–98. aminosav), hüvelykujj- (225–288.) és tenyéraldoménekkel (25–37., 99–224.), melyek együtt alkotják az aktív helyet, mely az Y-család polimerázaiban állandósult és N-terminális. A többi Y-családbeli polimerázhoz hasonlóan és a hagyományosaktól eltérően nincs 3’–5’-exonukleáz-doménje, viszont rendelkezik „kisujjaldoménnel” (más néven polimerázasszociált vagy csuklódomén; 298–414.).^[2]

Mutációs elemzés

A Pol ι G:T bázispárosodási hibája feltehetően kizárólag emlősökben fordul elő.

Funkció

Korábban a DNS-polimeráz ι-t egyszerűen a DNS-polimeráz η hibára hajlamos változataként ismerték. Azonban különös jellemzői és feltételezett funkciói és ismert szabályzása alapján önálló szerepe lehet. Mégis bár sok elemzés számol be a transzléziós szintézisről és az Y-családról, ahová a Pol ι is tartozik, kevés cikk foglalkozott 2020-ig kifejezetten a Pol ι-val.^[2]

McDonald et al. 2001-es tanulmánya a Pol ι-t „erkölcstelen” polimeráznak nevezte a templáton lévő A, C és G nukleotidokkal szembeni helyeken, mivel „tudja, mely bázis a megfelelő, de nem foglalkozik vele, és gyakran hibázik”, míg T esetén „amorálisnak”, mivel „nem tudja megkülönböztetni a helyes és a helytelen nukleotidot”, mivel a G-t közel ugyanolyan hatékonyan tudja beilleszteni, mint a helyes A-t, továbbá a G-t 3-szor gyakrabban illeszti be, mint az A-t.^[3] Ezek mutációt okozhatnak, és a Pol ι gyakran transzléziós szintézist is végez.^[3]

A DNS-polimeráz ι nem képes cisz-szin timindimeren túl replikációra, és nem illeszt be a dimer 3’-T-jével szemben nukleotidot, azonban képes (6–4) T–T fototermékkel vagy bázismentes hellyel szemben nukleotid elhelyezésére.^[4]

Noha önmagában kevéssé hatékony és gyakran hibázik, a proliferálósejt-magantigén (PCNA), az RFC és a replikációs protein A (RPA) a DNS-szintézis hatékonyságát és hűségét növeli.^[4]

Feltűnően gyakran használ dTTP-t, és gyakran mind a 4 nukleotid jelenlétében is csak 2–3 nukleotiddal bővíti a primert, továbbá gyakrabban tart szünetet a templáton lévő G, mint más nukleotid esetén.^[5]

Hogy homológjai sok más eukariótában, például egérben és Drosophila melanogasterben is ismertek, alátámasztja, hogy a hibára hajlamos POLI jelenléte evolúciós előnyt jelenthet ezen élőlényeknek – vannak esetek, mikor hasznos lehet az alacsony hűségű polimeráz, például az immunglobulinok változó régióinak mutációja, mely elegendő genetikai diverzitást ad a hatékony immunválaszhoz.^[5] Tissier et al. (2000) azt figyelték meg, hogy a DNS-polimeráz ι, mivel viszonylag pontos a templát-A-replikációkor, kevesebb mutációt okoz T-ről, míg hogy nagyobb hibagyakorisága templáton lévő T esetén azt okozza, hogy az A-tól való eltérések gyakoribbak. Ezenkívül az, hogy adott körülmények közt a Pol ι képes bővítésre hibásan párosított nukleotidok esetén, azt jelenti, hogy az IgV-génekben lévő tandem mutációkhoz is hozzájárul.^[5]

Aktivitás és ionkoncentráció

A Pol ι 0,05–0,25 mM Mn²⁺ jelenlétében a ${\displaystyle K_{m}}$ csökkenése révén 30–60 000-szer aktívabb, mint Mn²⁺ nélkül. Bár a G–T bázispárok 1,4–2,5-szer gyakoribbak 0,25, illetve 5 mM Mg²⁺ mellett, a megfelelő A beillesztése a G-énél gyakoribb 0,075 mM Mn²⁺ esetén. Ezenkívül a Mn²⁺ jelenléte növelte a Polι DNS-lézión való áthaladó képességét.^[1] A polι nagyobb affinitást mutat Mn²⁺-ra, mint Mg²⁺-ra.^[1]

Klinikai jelentőség

Xeroderma pigmentosum-variáns

A xeroderma pigmentosum-variáns (XPV) sejtekben nincs DNS-polimeráz η, ezért helyette DNS-polimeráz ι-t használnak. Az XPV-sejtek kitettsége UV-fénynek nagy gyakoriságú és egyedi spektrumú UV-indukált mutációt mutatnak, mely rosszindulatú elváltozásokat okozhat.^[6]

Rák

Erős a korreláció a Pol ι-expresszió szintje és az œsophagealis laphámrák incidenciája közt.^[2]

Jegyzetek

1. Frank EG, Woodgate R (2007. augusztus 1.). „Increased catalytic activity and altered fidelity of human DNA polymerase iota in the presence of manganese”. J Biol Chem 282 (34), 24689–96. o. DOI:10.1074/jbc.M702159200. PMID 17609217. 
2. McIntyre J (2020). „Polymerase iota - an odd sibling among Y family polymerases”. DNA Repair 86 (102753), 102753. o. DOI:10.1016/j.dnarep.2019.102753. PMID 31805501. 
3. McDonald JP, Tissier A, Frank EG, Iwai S, Hanaoka F, Woodgate R (2001). „DNA polymerase iota and related rad30-like enzymes”. Philos. Trans. R. Soc. Lond. B Biol. Sci 356 (1405), 53–60. o. DOI:10.1098/rstb.2000.0748. PMID 11205331. PMC 1087691. 
4. Haracska L, Johnson RE, Unk I, Phillips BB, Hurwitz J, Prakash L, Prakash S (2001. december 4.). „Targeting of human DNA polymerase iota to the replication machinery via interaction with PCNA”. Proc Natl Acad Sci U S A 98 (25), 14256–14261. o. DOI:10.1073/pnas.261560798. PMC 64669. 
5. Tissier A, McDonald JP, Frank EG, Woodgate R (2000). „polι, a remarkably error-prone human DNA polymerase”. Genes Dev 14 (13), 1642–50. o. DOI:10.1101/gad.14.13.1642. PMID 10887158. PMC 316739. 
6. Wang Y, Woodgate R, McManus TP, Mead S, McCormick JJ, Maher VM (2007. április 1.). „Evidence that in xeroderma pigmentosum variant cells, which lack DNA polymerase eta, DNA polymerase iota causes the very high frequency and unique spectrum of UV-induced mutations”. Cancer Res 67 (7), 3018–3026. o. DOI:10.1158/0008-5472.CAN-06-3073. PMID 17409408. 

Fordítás

Ez a szócikk részben vagy egészben a POLI 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

• Tissier A, Frank EG, McDonald JP, etal (2001). „Biochemical characterization of human DNA polymerase iota provides clues to its biological function.”. Biochem. Soc. Trans. 29 (Pt 2), 183–7. o. DOI:10.1042/BST0290183. PMID 11356150. 
• McDonald JP, Rapić-Otrin V, Epstein JA, etal (1999). „Novel human and mouse homologs of Saccharomyces cerevisiae DNA polymerase eta.”. Genomics 60 (1), 20–30. o. DOI:10.1006/geno.1999.5906. PMID 10458907. 
• Masutani C, Kusumoto R, Iwai S, Hanaoka F (2000). „Mechanisms of accurate translesion synthesis by human DNA polymerase eta.”. EMBO J. 19 (12), 3100–9. o. DOI:10.1093/emboj/19.12.3100. PMID 10856253. PMC 203367. 
• Tissier A, Frank EG, McDonald JP, etal (2000). „Misinsertion and bypass of thymine-thymine dimers by human DNA polymerase iota.”. EMBO J. 19 (19), 5259–66. o. DOI:10.1093/emboj/19.19.5259. PMID 11013228. PMC 302107. 
• Hartley JL, Temple GF, Brasch MA (2001). „DNA cloning using in vitro site-specific recombination.”. Genome Res. 10 (11), 1788–95. o. DOI:10.1101/gr.143000. PMID 11076863. PMC 310948. 
• Wiemann S, Weil B, Wellenreuther R, etal (2001). „Toward a catalog of human genes and proteins: sequencing and analysis of 500 novel complete protein coding human cDNAs.”. Genome Res. 11 (3), 422–35. o. DOI:10.1101/gr.GR1547R. PMID 11230166. PMC 311072. 
• Bebenek K, Tissier A, Frank EG, etal (2001). „5'-Deoxyribose phosphate lyase activity of human DNA polymerase iota in vitro.”. Science 291 (5511), 2156–9. o. DOI:10.1126/science.1058386. PMID 11251121. 
• Simpson JC, Wellenreuther R, Poustka A, etal (2001). „Systematic subcellular localization of novel proteins identified by large-scale cDNA sequencing.”. EMBO Rep. 1 (3), 287–92. o. DOI:10.1093/embo-reports/kvd058. PMID 11256614. PMC 1083732. 
• Frank EG, Tissier A, McDonald JP, etal (2001). „Altered nucleotide misinsertion fidelity associated with poliota-dependent replication at the end of a DNA template.”. EMBO J. 20 (11), 2914–22. o. DOI:10.1093/emboj/20.11.2914. PMID 11387224. PMC 125476. 
• Vaisman A, Tissier A, Frank EG, etal (2001). „Human DNA polymerase iota promiscuous mismatch extension.”. J. Biol. Chem. 276 (33), 30615–22. o. DOI:10.1074/jbc.M102694200. PMID 11402031. 
• Ohmori H, Friedberg EC, Fuchs RP, etal (2001). „The Y-family of DNA polymerases.”. Mol. Cell 8 (1), 7–8. o. DOI:10.1016/S1097-2765(01)00278-7. PMID 11515498. 
• Vaisman A, Woodgate R (2002). „Unique misinsertion specificity of poliota may decrease the mutagenic potential of deaminated cytosines.”. EMBO J. 20 (22), 6520–9. o. DOI:10.1093/emboj/20.22.6520. PMID 11707422. PMC 125734. 
• Faili A, Aoufouchi S, Flatter E, etal (2002). „Induction of somatic hypermutation in immunoglobulin genes is dependent on DNA polymerase iota.”. Nature 419 (6910), 944–7. o. DOI:10.1038/nature01117. PMID 12410315. 
• Kannouche P, Fernández de Henestrosa AR, Coull B, etal (2003). „Localization of DNA polymerases eta and iota to the replication machinery is tightly co-ordinated in human cells.”. EMBO J. 21 (22), 6246–56. o. DOI:10.1093/emboj/cdf618. PMID 12426396. PMC 137208. 
• Frank EG, Sayer JM, Kroth H, etal (2002). „Translesion replication of benzo[a]pyrene and benzo[c]phenanthrene diol epoxide adducts of deoxyadenosine and deoxyguanosine by human DNA polymerase iota.”. Nucleic Acids Res. 30 (23), 5284–92. o. DOI:10.1093/nar/gkf643. PMID 12466554. PMC 137958. 
• Strausberg RL, Feingold EA, Grouse LH, etal (2003). „Generation and initial analysis of more than 15,000 full-length human and mouse cDNA sequences”. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 99 (26), 16899–903. o. DOI:10.1073/pnas.242603899. PMID 12477932. PMC 139241. 

• Orvostudományi portál • összefoglaló, színes tartalomajánló lap