Ku (białko)

Białko Ku – heterodimer białka Ku70 (masa 69 kDa) i Ku86 (masa 83 kDA, zwane również Ku80), będący ważnym czynnikiem łączącym końce nici DNA w procesie niehomologicznego scalania końców DNA^[1]. U wielu organizmów, białko Ku pełni dodatkowe funkcje w telomerach, inne niż naprawa DNA^[2].

Geneza

W trakcie ewolucji białko Ku nieznacznie zmieniło swoją budowę, porównując białko bakteryjne z ludzkim. Jedyną różnicą jest to, że u bakterii białko Ku występuje jako homodimer (dwie kopie tego samego białka wiążą się ze sobą)^[3], a u organizmów Eucaryota białko Ku ma postać heterodimeru dwóch polipeptydów: Ku70 (XRCC6) oraz Ku80 (XRCC5) skąd ich nazwa pochodzi o ich molekularnej wagi ludzkich białek Ku o masie 70 kDa i 80 kDa^[4].

Ogólna budowa kompleksu

Kompleks zbudowany jest z 3 domen, w skład których wchodzą:

domena α/β N-terminalnego końca – leżąca na zewnątrz heterodimeru, składająca się z sześciu β-kartek (jedna z nici jest antyrównoległa). Końce N (aminowe) β-kartek są proksymalne do rowka, w którym następuje wiązanie nici DNA. Końce karboksylowe biorą udział w przyłączaniu innych czynników naprawiających uszkodzone DNA;
centralnej β-kartki – umiejscowiona centralnie w heterodimerze, stanowią łącznik pomiędzy domenami. Składa się z siedmiu β-kartek rozmieszczonych antyrównolegle. Struktura β-kartki w tej domenie tworzy jedną pętle w dużym rowku DNA, co powoduje powstanie płaskiego miejsca przyłączenia nici DNA;
C-terminalnego ramienia – stanowi miejsce przyłączenia kinazy białkowej zależnej od DNA^[5].

Budowa pierścienia

Kompleks białek Ku tworzą dwa pierścienie otaczające nić DNA całkowicie, w odróżnieniu od czynników replikacyjnych, które otaczają tylko część nici DNA. Zdarza się, że po naprawie zerwanej cząsteczki DNA, kompleks Ku pozostaje „uwięziony” na nici DNA^[5]. Wnętrze kompleksu tworzy asymetryczny pierścień zawierający dodatnio naładowane aminokwasy, który umożliwia interakcję z ujemnie naładowanym resztami kwasu fosforowego cząsteczki DNA. Taka budowa kompleksu białek Ku zapobiega degradacji DNA przez nukleazy oraz przesuwaniu się kompleksu z końców nici DNA^[1].

Wiązanie kompleksu Ku z końcami nici DNA

Aby białko Ku mogło prawidłowo funkcjonować wymagana jest obecność fosforanu-6-inozytolu, który wiąże się z kompleksem Ku. Obecnie nie wiadomo, czy fosforan-6-inozytolu połączony jest ciągle z białkiem Ku, czy jest dołączany w trakcie odpowiedzi na uszkodzenie DNA^[1]. Są dwa czynniki, które są istotne w formowaniu pierścienia naokoło nici DNA:

polaryzacja elektrostatycznego ładunku dodatniego, który koncentruje się na wewnętrznej powierzchni pierścienia i wzdłuż miejsca przyłączenia DNA;
budowa samego pierścienia.

Białko Ku70 ułożone jest proksymalnie do pierścienia, a białko Ku80 dystalnie do końców nici DNA. Ze względu na asymetryczną budowę kompleksu Ku, miejsce wiązania DNA z jednej strony nici DNA może być w całości związane z resztami aminokwasowymi białka Ku70, a z drugiej strony przez reszty aminokwasowe białka Ku80. Wolne końce DNA zawsze wiążą się z resztami aminokwasowymi białka Ku70. Asymetria wiązania końców nici DNA może powodować powstawanie jednej lub kilku kombinacji strukturalnych heterodimerów białka Ku^[5].

Mechanizm działania

Nie jest wiadome, jaka ilość białek Ku bierze udział w procesie łączenia dwóch nici DNA. Sugeruje się, że proces naprawy może indukować jeden kompleks białek Ku. Główną rolą heterodimeru białek Ku jest promowanie połączenia dwóch końców nici DNA i stymulowanie ligacji. Dotychczas nie poznano dokładnego mechanizmu łączenia się dwóch heterodimerów. Wiadomo tylko, że połączenie [białko Ku]–[koniec DNA] stanowi połowę kompleksu łączącego nici DNA. Kształt nici DNA w miejscu wiązania białka Ku jest dopasowany w taki sposób, by całkowicie nie zasłaniać końców nici DNA^[5].

Przypisy

↑ ^a ^b ^c Melissa L. Hefferin, Alla E. Tomkinson. Mechanism of DNA double-strand break repair by non-homologous end joining. „DNA Repair”. 4 (6), s. 639–648, 2004. DOI: 10.1016/j.dnarep.2004.12.005. PMID: 15907771. (ang.).
↑ S.J. Boulton, S.P. Jackson. Components of the Ku-dependent non-homologous end-joining pathway are involved in telomeric length maintenance and telomeric silencing. „EMBO J.”. 17 (6), s. 1819–1828, March 1998. DOI: 10.1093/emboj/17.6.1819. PMID: 9501103. PMCID: PMC1170529.
↑ A.J. Doherty, S.P. Jackson, G.R. Weller. Identification of bacterial homologues of the Ku DNA repair proteins. „FEBS Lett.”. 500 (3), s. 186–188, 2001. PMID: 11445083.
↑ J.R. Walker, R.A. Corpina, J. Goldberg. Structure of the Ku heterodimer bound to DNA and its implications for double-strand break repair. „Nature”. 412 (6847), s. 607–614, 2001. DOI: 10.1038/35088000. PMID: 11493912.
↑ ^a ^b ^c ^d John R. Walker, Richard A. Corpina, Jonathan Golberg. Structure of the Ku heterodimer bound to DNA and its implications for double-strand break repair. „Nature”. 412 (6847), s. 607–614, 2001. DOI: 10.1038/35088000. PMID: 11493912. (ang.).

[Melissa_L.-1] Melissa L. Hefferin, Alla E. Tomkinson. Mechanism of DNA double-strand break repair by non-homologous end joining. „DNA Repair”. 4 (6), s. 639–648, 2004. DOI: 10.1016/j.dnarep.2004.12.005. PMID: 15907771. (ang.).

[2] S.J. Boulton, S.P. Jackson. Components of the Ku-dependent non-homologous end-joining pathway are involved in telomeric length maintenance and telomeric silencing. „EMBO J.”. 17 (6), s. 1819–1828, March 1998. DOI: 10.1093/emboj/17.6.1819. PMID: 9501103. PMCID: PMC1170529.

[3] A.J. Doherty, S.P. Jackson, G.R. Weller. Identification of bacterial homologues of the Ku DNA repair proteins. „FEBS Lett.”. 500 (3), s. 186–188, 2001. PMID: 11445083.

[4] J.R. Walker, R.A. Corpina, J. Goldberg. Structure of the Ku heterodimer bound to DNA and its implications for double-strand break repair. „Nature”. 412 (6847), s. 607–614, 2001. DOI: 10.1038/35088000. PMID: 11493912.

[John_R.-5] John R. Walker, Richard A. Corpina, Jonathan Golberg. Structure of the Ku heterodimer bound to DNA and its implications for double-strand break repair. „Nature”. 412 (6847), s. 607–614, 2001. DOI: 10.1038/35088000. PMID: 11493912. (ang.).

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]