Prymasa - Primase
| Domena Toprim | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Identyfikatory | |||||||||
| Symbol | Toprim | ||||||||
| Pfam | PF01751 | ||||||||
| Klan Pfam | Toprim-podobny | ||||||||
| InterPro | IPR006171 | ||||||||
| SCOP2 | 2fcj / zakres / SUPFAM | ||||||||
| |||||||||
| Rdzeń katalityczny Toprim | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Identyfikatory | |||||||||
| Symbol | Toprim_N | ||||||||
| Pfam | PF08275 | ||||||||
| InterPro | IPR013264 | ||||||||
| SCOP2 | 1dd9 / zakres / SUPFAM | ||||||||
| |||||||||
| Prymaza DNA AEP, mała podjednostka | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Identyfikatory | |||||||||
| Symbol | DNA_primase_S | ||||||||
| Pfam | PF01896 | ||||||||
| Klan Pfam | AEP | ||||||||
| InterPro | IPR002755 | ||||||||
| SCOP2 | 1g71 / zakres / SUPFAM | ||||||||
| |||||||||
| Prymaza DNA AEP, duża podjednostka | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Identyfikatory | |||||||||
| Symbol | DNA_primase_lrg | ||||||||
| Pfam | PF04104 | ||||||||
| Klan Pfam | CL0242 | ||||||||
| InterPro | IPR007238 | ||||||||
| SCOP2 | 1zt2 / zakres / SUPFAM | ||||||||
| |||||||||
Prymaza DNA jest enzymem biorącym udział w replikacji DNA i jest rodzajem polimerazy RNA . Primase katalizuje syntezę krótkiego segmentu RNA (lub DNA w niektórych organizmach) zwanego starterem komplementarnym do matrycy ssDNA (jednoniciowego DNA). Po tym wydłużeniu fragment RNA jest usuwany przez egzonukleazę 5' do 3' i ponownie wypełniany DNA.
Funkcjonować
W bakteriach primase wiąże się z helikazą DNA, tworząc kompleks zwany primosomem . Primaza jest aktywowana przez helikazy, gdzie następnie syntetyzuje krótki starter RNA o długości około 11 ±1 nukleotydów , do którego nowe nukleotydy mogą być dodane przez polimerazę DNA. Prymazy archeonów i eukariotów to białka heterodimeryczne z jedną dużą podjednostką regulatorową i jedną małą podjednostką katalityczną.
Segmenty RNA są najpierw syntetyzowane przez prymazę, a następnie wydłużane przez polimerazę DNA. Następnie polimeraza DNA tworzy kompleks białkowy z dwiema podjednostkami primazy, tworząc kompleks primazy alfa DNA Polimerazy. Primase jest jedną z najbardziej podatnych na błędy i powolnych polimeraz. Prymazy w organizmach takich jak E. coli syntetyzują około 2000 do 3000 starterów z szybkością jednego startera na sekundę. Primase działa również jako mechanizm zatrzymujący, zapobiegający wyprzedzaniu wiodącej nici w stosunku do opóźnionej nici poprzez zatrzymanie postępu widełek replikacyjnych . Etapem determinującym szybkość w primazie jest utworzenie pierwszego wiązania fosfodiestrowego między dwiema cząsteczkami RNA.
Mechanizmy replikacji różnią się między różnymi bakteriami i wirusami, gdzie prymazy kowalencyjnie łączą się z helikazą w wirusach, takich jak bakteriofag T7 . W wirusach, takich jak wirus opryszczki pospolitej (HSV-1), prymaza może tworzyć kompleksy z helikazą. Kompleks primaza-helikaza jest używany do rozwijania dsDNA (dwuniciowego) i syntezy opóźnionej nici przy użyciu starterów RNA Większość starterów syntetyzowanych przez primazę ma długość od dwóch do trzech nukleotydów.
Rodzaje
Istnieją dwa główne typy naczelnych : DnaG występujący w większości bakterii oraz nadrodzina AEP (Archaeo-Eukariota Primase) występująca u naczelnych archeonów i eukariotycznych. Podczas gdy primazy bakteryjne ( typ DnaG ) składają się z pojedynczej jednostki białkowej (monomer) i syntezują startery RNA, prymazy AEP zazwyczaj składają się z dwóch różnych jednostek primazy (heterodimer) i syntetyzują dwuczęściowe startery ze składnikami RNA i DNA . Chociaż funkcjonalnie podobne, dwie nadrodziny prymaz ewoluowały niezależnie od siebie.
DnaG
Strukturę krystaliczną primazy w E. coli z rdzeniem zawierającym białko DnaG określono w 2000 roku. Kompleks DnaG i primase ma kształt orzecha nerkowca i zawiera trzy subdomeny. Centralna subdomena tworzy fałd toprim, który składa się z mieszaniny pięciu arkuszy beta i sześciu helis alfa . Zakładka toprim służy do wiązania regulatorów i metali. Prymaza wykorzystuje domenę fosfotransferu do koordynacji przenoszenia metali, co odróżnia ją od innych polimeraz. Podjednostki boczne zawierają NH 2 i COOH zacisk wykonany z helis alfa i beta arkuszy. Z NH 2 oddziałuje na zaciskach cynkowego , domena wiążąca i COOH-końcowego regionu, który współdziała z DnaB-id.
Fałd Toprim występuje również w topoizomerazie i mitochrondriialnej primase / helikazie Twinkle . Niektóre prymazy podobne do DnaG (podobne do bakterii; InterPro : IPR020607 ) zostały znalezione w genomach archeonów.
AEP
Primazy eukariotyczne i archeonowe wydają się być bardziej podobne do siebie pod względem struktury i mechanizmu niż do naczelnych bakteryjnych. Nadrodzina prymaz eukariotycznych (AEP), do której należy większość katalitycznych podjednostek prymaz eukariotycznych i archeonów, została ostatnio przedefiniowana jako rodzina prymaz-polimeraz w rozpoznaniu wielu innych ról odgrywanych przez enzymy w tej rodzinie. Ta klasyfikacja podkreśla również szerokie pochodzenie prymas AEP; nadrodzina jest obecnie rozpoznawana jako przejście między funkcjami RNA i DNA.
Prymazy archeonów i eukariotów są białkami heterodimerycznymi z jedną dużą podjednostką regulatorową (ludzki PRIM2 , p58) i jedną małą podjednostką katalityczną (ludzka PRIM1 , p48/p49). Duża podjednostka zawiera N-końcową klaster 4Fe-4S, podzieloną na niektóre archeony jako PriX/PriCT. Duża podjednostka bierze udział w poprawie aktywności i specyficzności małej podjednostki. Na przykład, usunięcie części odpowiadającej dużej podjednostce w białku fuzyjnym PolpTN2 skutkuje wolniejszym enzymem o aktywności odwrotnej transkryptazy.
Prymasy wielofunkcyjne
Rodzina polimeraz primazowych AEP ma różne cechy poza wytwarzaniem samych starterów. Oprócz primingu DNA podczas replikacji, enzymy AEP mogą pełnić dodatkowe funkcje w procesie replikacji DNA, takie jak polimeryzacja DNA lub RNA, transfer terminalny , synteza translekcji (TLS) , łączenie niehomologicznych końców (NHEJ) i prawdopodobnie ponowne uruchomienie zablokowane widełki replikacyjne. Primazy zazwyczaj syntetyzują startery z rybonukleotydów (NTP); jednak primazy o zdolnościach polimerazy mają również powinowactwo do dezoksyrybonukleotydów (dNTP). Prymazy z funkcjonalnością terminalnej transferazy są zdolne do dodawania nukleotydów do końca 3' nici DNA niezależnie od matrycy. Inne enzymy zaangażowane w replikację DNA, takie jak helikazy, mogą również wykazywać aktywność primazy.
U eukariontów i archeonów
Human PrimPol (ccdc111) pełni funkcje zarówno prymazy, jak i polimerazy, podobnie jak wiele naczelnych archeonów; wykazuje aktywność terminalnej transferazy w obecności manganu; i odgrywa znaczącą rolę w syntezie translekcji oraz w ponownym uruchamianiu zablokowanych widełek replikacyjnych. PrimPol jest aktywnie rekrutowany do uszkodzonych miejsc poprzez interakcję z RPA, białkiem adaptorowym, które ułatwia replikację i naprawę DNA. PrimPol ma domenę palca cynkowego podobną do domeny niektórych primaz wirusowych, która jest niezbędna do syntezy translekcji i aktywności primazy i może regulować długość startera. W przeciwieństwie do większości prymaz, PrimPol jest wyjątkowo zdolny do inicjowania łańcuchów DNA za pomocą dNTP.
PriS, mała podjednostka prymazy archeonów, odgrywa rolę w syntezie translekcji (TLS) i może ominąć typowe uszkodzenia DNA. Większość archeonów nie posiada wyspecjalizowanych polimeraz, które wykonują TLS u eukariontów i bakterii. Sam PriS preferencyjnie syntetyzuje łańcuchy DNA; ale w połączeniu z PriL, dużą podjednostką, aktywność polimerazy RNA jest zwiększona.
W Sulfolobus solfataricus , heterodimer primazy PriSL może działać jako primaza, polimeraza i końcowa transferaza. Uważa się, że PriSL inicjuje syntezę starterów za pomocą NTP, a następnie przełącza się na dNTP. Enzym może polimeryzować łańcuchy RNA lub DNA, a produkty DNA sięgają nawet 7000 nukleotydów (7 kb). Sugeruje się, że ta podwójna funkcjonalność może być powszechną cechą naczelnych archeonów.
W bakteriach
Wielofunkcyjne prymazy AEP pojawiają się również w bakteriach i fagach, które je infekują. Mogą prezentować nowatorskie organizacje domen z domenami, które zapewniają jeszcze więcej funkcji poza polimeryzacją.
Bakteryjna LigD ( A0R3R7 ) jest głównie zaangażowana w szlak NHEJ. Ma domenę polimerazy/primazy z nadrodziny AEP, domenę 3'-fosfoesterazy i domenę ligazy. Jest również zdolny do aktywności primazy, polimerazy DNA i RNA oraz terminalnej transferazy. Aktywność polimeryzacji DNA może wytwarzać łańcuchy o długości ponad 7000 nukleotydów (7 kb), podczas gdy polimeryzacja RNA wytwarza łańcuchy o długości do 1 kb.
W wirusach i plazmidach
Enzymy AEP są szeroko rozpowszechnione i można je znaleźć zakodowane w ruchomych elementach genetycznych, w tym wirusach/fagach i plazmidach. Używają ich albo jako jedynego białka replikacyjnego, albo w połączeniu z innymi białkami związanymi z replikacją, takimi jak helikazy i, rzadziej, polimerazy DNA. Podczas gdy oczekuje się obecności AEP w wirusach eukariotycznych i archeonów, ponieważ odzwierciedlają one swoich gospodarzy, wirusy bakteryjne i plazmidy również kodują enzymy nadrodziny AEP równie często jak prymazy z rodziny DnaG. W badaniach porównawczych genomiki odkryto ogromną różnorodność rodzin AEP w różnych plazmidach bakteryjnych. Ich ewolucyjna historia jest obecnie nieznana, ponieważ te znalezione w bakteriach i baceriofagach wydają się zbyt różne od ich archeoeukariotycznych homologów, aby możliwe było niedawne horyzontalne przeniesienie genów .
Helikaza podobna do MCM w szczepie Bacillus cereus ATCC 14579 (BcMCM; Q81EV1 ) to helikaza SF6 połączona z prymazą AEP. Enzym pełni zarówno funkcje primazy, jak i polimerazy, oprócz funkcji helikazy. Kodujący go gen znajduje się w profagu. Wykazuje homologię do ORF904 plazmidu pRN1 z Sulfolobus islandicus , który posiada domenę AEP PrimPol. Wirus krowianki D5 i HSV Primase są również przykładami fuzji AEP-helikaza.
PolpTN2 to prymaza Archaeal znaleziona w plazmidzie TN2. Fuzja domen homologicznych do PriS i PriL, wykazuje aktywność zarówno primazy, jak i polimerazy DNA, a także funkcję terminalnej transferazy. W przeciwieństwie do większości naczelnych, PolpTN2 tworzy startery złożone wyłącznie z dNTP. Nieoczekiwanie, gdy domena PriL-podobna została skrócona, PolpTN2 mógł również syntetyzować DNA na matrycy RNA, tj. działać jako zależna od RNA polimeraza DNA (odwrotna transkryptaza).
Nawet prymazy DnaG mogą mieć dodatkowe funkcje, jeśli otrzymają odpowiednie domeny. Faga T7 GP4 jest DnaG Primase-helikazy fuzyjne i wykonuje zarówno funkcje replikacji.
