AP 엔도누클레스

AP endonuclease
APE1의 리본 다이어그램. PDB = 1de9.[1]

아푸린/아피리미딘(AP) 엔도누실제는 DNA 염기 분리수리 경로(BER)에 관여하는 효소다. DNA에서 손상되거나 일치하지 않는 뉴클레오티드를 수리하는 데 있어 그것의 주된 역할은 DNA 글리코실라아제가 손상된 베이스를 제거할 때 생성된 AP 사이트의 인광체 등뼈에 흠집을 내는 것이다.

그들의 메커니즘과 절개 부위에 따라 분류된 AP 내핵은 네 가지 유형이다. 등급 I AP 내핵물질(EC 4.2.99.18)은 불포화 알데히드, 3㎛(4-hydroxy-5-phospho-2-pentenal) 잔류물, 5㎛ 인산염 등을 남김으로써 β-랴제 메커니즘에 의해 AP 사이트에 3㎛를 분쇄한다. 등급 II AP 내핵은 가수 분해 메커니즘에 의해 DNA 5 5을 AP 사이트에 주입하여 3′-히드록실 및 5′-데옥시보스 인산염 잔류물을 남긴다.[2] 클래스 III와 클래스 IV AP 엔도뉴클레아제 역시 인산염 그룹 3′과 5′에서 근거 없는 부위로 DNA를 분해하지만, 3′-인산염과 5oh-OH를 생성한다.[3]

인간은 두 개의 AP 내핵, 즉 APE1과 APE2를 가지고 있다. APE1은 전체 세포 활동의 95%를 차지하는 견실한 AP-endonuclease 활동을 보이고 있으며, APE1은 인간 세포의 주요 AP Endonuclease로 간주되고 있다.[4] 인간 AP 엔도뉴클레아제(APE1)는 대부분의 AP 엔도뉴클레아제와 마찬가지로 2등급이며, 기저 절개수리에서 역할을 수행하기 위해 활성 사이트에 Mg를2+ 필요로 한다. 이 효소의 효모 호몰로그는 APN1이다.[5]

대부분의 AP 엔도뉴클레아제들과 마찬가지로 휴먼 AP 엔도누클레스 2(APE2)도 등급2이다. APE2의 엑소누클리스 활성은 금속 이온에 크게 의존한다. 그러나, APE2는 마그네슘 이온보다 망간이 있는 곳에서 5배 이상 더 활동적이었다.[4] 촉매 활성과 관련된 보존 영역은 APE1과 APE2의 N단자 부분에 위치한다. 또한 APE2 단백질은 C-단자 확장성을 가지며, APE1에는 존재하지 않지만, S. 세레비시아와 S. 폼베의 APN2 단백질과 같은 인간 APE2의 호몰로어에서도 발견할 수 있다.[4]

APE1의 구조

APE1 단백질 표면의 양성 잔류물(파란색)은 DNA의 마이너스 인산염 그룹과의 상호작용을 통해 DNA를 고정하고 구부린다. PDB 1de9.[1]
주요 아미노산 잔류물 사이의 수소 결합은 활성 사이트 구조를 안정화하는데 도움이 된다. 또한 음전하 잔류물(Glu 96)은 PDB 1de9가 설치된 AP 사이트를 안정화하는 데 필요한 Mg2+를 고정하는 데 도움이 된다.[1]

APE1에는 AP 사이트와 선택적으로 반응할 수 있는 여러 아미노산 잔류물이 포함되어 있다. 3개의 APE1 잔류물(Arg73, Ala74, Lys78)은 Tyr128과 Gly127이 4 α-helix에서 발견되는 양의 잔류물과 음의 phos에서 발견되는 양성의 상호작용에 의해 야기되는 극도의 꼬임 현상을 위해 DNA를 고정하는 동안 AP 사이트를 포함하는 스트랜드 반대편에서 3개의 연속적인 DNA 인산염과 접촉한다.DNA의 인광체 중추에서 발견되는 페이퍼 그룹

이러한 극단적인 꼬임 현상은 DNA의 근거 없는 부분을 APE1의 활성 사이트로 강제한다. 이 활성 사이트는 페266, 트르프280, 르우282 등과 접해 있는데, AP 사이트의 소수성 측면으로 빽빽이 채워져 있어 기반이 있는 사이트를 차별한다. 그런 다음 AP 사이트는 Asn174, Asn212, His309 및 Mg2+ 이온과 함께 인산염 그룹 5'의 수소 본딩을 통해 AP 사이트로 더욱 안정화되고, 고아 베이스 파트너는 Met270과 수소 본딩을 통해 안정화된다. AP 사이트에 대한 인산염 그룹 3'은 Arg177에 대한 수소 결합을 통해 안정화된다. 한편 Asn68과 Asn212 사이의 수소 결합을 통해 안정화를 통해 pKa(또는 산분해 상수의 음수 로그)가 증가하여 더욱 반응하는 활성현장의 Asp210은 인광체 등뼈를 공격하고 분해하는 핵소체를 활성화하며 아마도 오브스를 유발할 것이다.7.5의 pH에서 최대 APE1 활동을 침식했다.[1]

메커니즘

APE1 효소는 간단한 아킬 대체 메커니즘을 통해 아바식(근거 없는) 부위의 인광체 등뼈에 흠집을 낸다. 첫째, 활성 부위의 Asp210 잔류물은 물 분자를 감압하고, 그 다음 AP 부지에 5'에 위치한 인산염 그룹에 핵포질 공격을 수행할 수 있다. 다음으로, 인산염 그룹의 산소 원자 중 하나에서 나온 전자는 아래로 이동하며, 다른 산소 중 하나를 차서 AP 사이트에 5'의 인산염 그룹을 만들고, 정상 뉴클레오티드에는 3'-OH의 산소 그룹을 만들며, 이 두 전자는 모두2+ Mg 이온에 의해 안정화된다.[1]

MechanismAPE1colour 2.svg

APE1 억제

루칸톤

APE1의 알려진 억제제로는 7-니트로인돌-2-카르복실산(NCA)과 루칸톤이 있다.[6] 이 두 구조물은 모두 짧은 사슬에 부착된 고리를 가지고 있는데, DNA에 염기 부착과 인광 결합이 없는 디옥시리보오스 설탕 고리와 유사하게 보인다. 또한 APE1의 활성 부위에서 H-본드 기증자와 상호작용할 수 있는 많은 H-본드 수용체를 포함하고 있어 이러한 억제제가 활성 부지에 고착되게 하고 효소가 다른 반응을 촉진하지 못하게 한다.

화학반응 대상으로서의 APE1

APE1은 DNA 염기분리 보수 경로에서 필수적인 기능을 수행하기 때문에 암세포가 항암화학요법에서 살아남지 못하도록 하는 방법을 찾는 연구자들의 표적이 됐다. APE1은 나중에 BER 경로에 관여하는 효소가 AP 사이트를 인식할 수 있도록 DNA 백본에 흠집을 만들기 위해 자체적으로 필요할 뿐만 아니라, DNA 수리에 관여하는 다른 효소를 활성화하는 데 도움이 되는 redox 기능을 가지고 있다. 이와 같이 APE1을 쓰러뜨리면 종양세포 민감도가 높아져 항암화학요법 후에도 암세포가 지속되는 것을 막을 수 있다.[7]

APE2 효소 활성

APE2는 APE1에 비해 AP 엔도누세제 활성이 훨씬 약하지만, 3'-5' 엑소누세제 활성이 APE1에[8] 비해 강하며 3'인산제 활성이 상당히 강하다.[4]

APE2 3' –5' 엑소뉴클레아제 활성은 무딘 종말 이중 DNA, 3' 단자 또는 이질 이중 DNA를 포함하는 단일 뉴클레오티드 갭으로 부분 DNA 이중 DNA를 가수 분해할 수 있는 능력을 가지고 있다. APE2 3의 인산염 테라아제 활동은 3'인산염색체뿐만 아니라 3'인산염과 같은 변형된 3'-테르미니를 DNA의 3' 프라이머 끝에서 제거할 수 있다.[4]

산화 응력에 따른 ATR-Chk1 DNA 손상 반응에는 APE2가 필요하다.

참조

분자 그래픽 이미지는 샌프란시스코 캘리포니아 대학의 생물학 퍼팅, 시각화 및 정보학(NIH P41 RR-01081)에서 UCSF 치메라 패키지를 사용하여 제작되었다.[9]

  1. ^ a b c d e Clifford D. Mol; Tahide Izumi; Sankar Mitra; John A. Tainer (2000). "DNA-bound structures and mutants reveal abasic DNA binding by APE1 DNA repair and coordination". Nature. 403 (6768): 451–456. doi:10.1038/35000249. PMID 10667800. S2CID 4373743.
  2. ^ Levin, Joshua D; Demple, Bruce (1990). "Analysis of class II (hydrolytic) and class I (beta-lyase) apurinic/apyrimidinic endonucleases with a synthetic DNA substrate". Nucleic Acids Research. 18 (17): 5069–75. doi:10.1093/nar/18.17.5069. PMC 332125. PMID 1698278.
  3. ^ Gary M. Myles; Aziz Sancar (1989). "DNA Repair". Chemical Research in Toxicology. 2 (4): 197–226. doi:10.1021/tx00010a001. PMID 2519777.
  4. ^ a b c d e Burkovics P, Szukacsov V, Unk I, Haracska L (2006). "Human Ape2 protein has a 3'-5' exonuclease activity that acts preferentially on mismatched base pairs". Nucleic Acids Res. 34 (9): 2508–15. doi:10.1093/nar/gkl259. PMC 1459411. PMID 16687656.
  5. ^ George W. Teebor; Dina R. Marensein; David M. Wilson III (2004). "Human AP endonuclease (APE1) demonstrates endonucleolytic activity against AP sites in single-stranded DNA". DNA Repair. 3 (5): 527–533. doi:10.1016/j.dnarep.2004.01.010. PMID 15084314.
  6. ^ Mark R. Kelley; Melissa L. Fishel (2007). "The DNA base excision repair protein Ape1/Ref-1 as a Therapeutic and chemopreventive target". Molecular Aspects of Medicine. 28 (3–4): 375–395. doi:10.1016/j.mam.2007.04.005. PMID 17560642.
  7. ^ Mark R. Kelley; Meihua Luo; Sarah Delaphlane; Aihua Jiang; April Reed; Ying He; Melissa Fishel; Rodney L. Nyland II; Richard F. Broch; Xizoxi Qiao; Millie M. Georgiadis (2008). "Role of the Multifunctional DNA Repair and Redox Signaling Protein Ape1/Ref-1 in Cancer and Endothelial Cells: Small-Molecule Inhibition of the Redox Function of Ape1". Antioxidants & Redox Signaling. 10 (11): 1–12. doi:10.1089/ars.2008.2120. PMC 2587278. PMID 18627350.
  8. ^ Stavnezer J, Linehan EK, Thompson MR, Habboub G, Ucher AJ, Kadungure T, Tsuchimoto D, Nakabeppu Y, Schrader CE (2014). "Differential expression of APE1 and APE2 in germinal centers promotes error-prone repair and A:T mutations during somatic hypermutation". Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 111 (25): 9217–22. doi:10.1073/pnas.1405590111. PMC 4078814. PMID 24927551.
  9. ^ E.F. Pettersen; T.D. Goddard; C.C. Huang; G.S. Couch; D.M. Greenblat; E.C. Meng; T.E. Ferrin (2004). "UCSF Chimera - A Visualization System for Exploratory Research and Analysis" (PDF). J. Comput. Chem. 25 (13): 1605–1612. doi:10.1002/jcc.20084. PMID 15264254. S2CID 8747218.

외부 링크