RecA

S Wikipedije, slobodne enciklopedije
Bakterijski DNK rekombinantni protein recA
Kristalna struktura kompleksa RecA-DNK. PDB ID: 3cmt.[1]
Identifikatori
SimbolRecA

RecA je 38 kilodaltonski protein neophodan za popravak i održavanje DNK.[2] Strukturni i funkcionalni homolog je RecA pronađen u svakoj vrsti u kojoj je on bio ozbiljno tražen i služi kao arhetip za ovu klasu homologne popravke DNK-proteina. Homologni protein se zove RAD51 kod eukariota i RadA u Archaea.[3][4]

RecA ima višestruke aktivnosti, sve povezane sa popravkom DNK. U bakterijskom SOS-odgovoru, ima koproteaznu[5] funkciju u autokatalitskom cijepanju LexA represora i λ represora.<.[6]

RecA-ova povezanost sa popravkom DNK zasniva se na njegovoj centralnoj ulozi u homolognoj rekombinaciji. RecA protein se snažno i u dugim klasterima vezuje za ssDNK kako bi formirao nukleoproteinski filament. Protein ima više od jednos mjesto vezanja DNK i stoga može držati jednolanac i dvostruki lanac zajedno. Ova karakteristika omogućava katalizu sinapsnih reakcija DNK između dvostruke spirale DNK i komplementarne regije jednolančane DNK. RecA-ssDNK filament traži sličnost sekvence duž dsDNK. Neuređena DNK petlja u RecA, petlja 2, sadrži ostatke odgovorne za DNK homolognu rekombinaciju.[7] Kod nekih bakterija, posttranslacijska modifikacija RecA putem fosforilacije serinskog ostatka na petlji 2 može ometati homolognu rekombinaciju.[8]

Proces pretraživanja izaziva rastezanje DNK dupleksa, što poboljšava prepoznavanje komplementarnosti sekvenci (mehanizam koji se naziva konformacijsko lektoriranje[9][10]). Reakcija pokreće razmjenu lanaca između dvije rekombinirajuće dvostruke spirale DNK. Nakon događaja sinapse, u heterodupleksnoj regiji počinje proces koji se naziva migracija grana. U migraciji grananja, neupareni region jednog od pojedinačnih lanaca pomjera upareni region drugog pojedinačnog lanca, pomjerajući tačku grananja bez promjene ukupnog broja parova baza. Može doći do spontane migracije grana, međutim, kako se općenito odvija jednako u oba smjera, malo je vjerovatno da će rekombinacija završiti efikasno. Protein RecA katalizira jednosmjernu migraciju grana i na taj način omogućava potpunu rekombinaciju, proizvodeći regiju heterodupleksne DNK koja je dugačka hiljade parova baza.

Pošto je DNK zavisna ATPaza, RecA sadrži dodatno mjesto vezivanja i hidrolize ATP. RecA jače se povezuje sa DNK kada je vezan za ATP nego kada je vezan za ADP.

U Escherichia coli, događaji homolognom rekombinacijom posredovanih RecA mogu se desiti tokom perioda nakon replikacija DNK kada sestrinski lokusi ostaju blizu. RecA također može posredovati u homolognom parovanju, homolognoj rekombinaciji i popravci prekida DNK između udaljenih sestrinskih lokusa, koji su se odvojili na suprotne polovine ćelija E. coli.[11]

Sojevi E. coli sa nedostatkom RecA korisni su za kloniranje procedure u molekulskobiološkim laboratorijama. Sojevi E. coli su često genetički modificirani da sadrže mutantni alel recA i na taj način osiguravaju stabilnost vanhromosomskih segmenata DNK, poznatih kao plazmidi. U procesu koji se zove transformacija, plazmidnu DNK preuzimaju bakterije, pod različitim uslovima. Bakterije koje sadrže egzogene plazmide nazivaju se "transformanti". Transformanti zadržavaju plazmid kroz ćelijske diobe, tako da se može oporaviti i koristiti u drugim aplikacijama. Bez funkcionalnog RecA proteina, egzogeni plazmid DNK ostaje nepromijenjen od strane bakterija. Pročišćavanje ovog plazmida iz bakterijske kulture može zatim omogućiti visokovjerno PCR amplificiranje originalne sekvence plazmida.

Potencijal kao mete lijekova[uredi | uredi izvor]

Wigle i Singleton sa Univerziteta Sjeverne Karoline su pokazali da mala molekule koje ometaju funkciju RecA u ćeliji mogu biti korisne u stvaranju novih antibiotskih lijekova.[12] Budući da mnogi antibiotici dovode do oštećenja DNK, a sve bakterije se oslanjaju na RecA da popravi ovo oštećenje, inhibitori RecA mogu se koristiti za povećanje toksičnosti antibiotika. Osim toga, aktivnosti RecA su sinonim za razvoj rezistencije na antibiotike, a inhibitori RecA također mogu poslužiti za odlaganje ili sprječavanje pojave bakterijske rezistencije na lijekove.

Uloga RecA u prirodnoj transformaciji[uredi | uredi izvor]

Na osnovu analize molekulskih svojstava RecA sistema, Cox[13] zaključio je da podaci "pružaju uvjerljive dokaze da je primarna misija RecA proteina popravka DNK". U daljem eseju o funkciji RecA proteina, Cox[14] sumirizira podatke koji pokazuju da je "RecA protein evoluirao kao centralna komponenta rekombinacijskog sistema popravka DNK, sa stvaranjem genetičke raznolikosti kao ponekad korisnim nusproizvodom."

Prirodna bakterijska transformacija uključuje prijenos DNK s jedne bakterije na drugu (obično iste vrste) i integraciju DNK donora u hromosom primatelja, pomoću homologne rekombinacije, procesa posredovanog RecA proteinom (pogledajte Transformacija (genetika). Transformacija, u kojoj RecA ima centralnu ulogu, ovisi o ekspresiji brojnih dodatnih genskih proizvoda (npr. oko 40 genskih proizvoda u Bacillus subtilis koji specifično djeluju kako bi izvršili ovaj proces, što ukazuje da se radi o evoluirani adaptacijama za transfer DNK. U B. subtilis dužina prenesene DNK može biti čak trećina i do veličine cijelog hromosoma.[15][16] Da bi se bakterija vezala, preuzela i rekombinovala egzogenu DNK u svoj hromosom, prvo mora ući u posebno fiziološko stanje koje se naziva "kompetencija" (vidi Prirodna kompetencija). Transformacija je uobičajena u prokariotskom svijetu, a do sada je poznato da je 67 vrsta kompetentno za transformaciju.[17]

Jedan od najbolje proučavanih sistema transformacije je sistem B. subtilis. U ovoj bakteriji, protein RecA stupa u interakciju s dolaznom jednolančanom DNK (ssDNK), kako bi formirao upečatljive filamentne strukture.[18] Ovi filamenti RecA/ssDNA izlaze iz ćelijskog pola koji sadrži kompetentnu mašineriju i prostiru se u citosol. filamentne niti RecA/ssDNK smatraju se dinamičkim nukleofilamentima koji skeniraju rezidentni hromosom u potrazi za regionima homologije. Ovaj proces dovodi dolaznu DNK na odgovarajuće mjesto u hromosomu B. subtilis na kojem dolazi do razmjene informacija.

Michod et al.[19] pregledali su dokaze da je transformacija posredovana adaptacijama RecA za homolognu rekombinaciju oštećenja DNK u B. subtilis, kao i kod nekoliko drugih vrsta bakterija (tj. Neisseria gonorrhoeae, Hemophilus influenzae, Streptococcus pneumoniae, Streptococcus mutans i Helicobacter pylori). U slučaju patogenih vrsta koje inficiraju ljude, predloženo je da RecA posredovana popravka oštećenja DNK može biti od značajne koristi kada su ove bakterije izazvane oksidativnom odbranom njihovog domaćina.

Reference[uredi | uredi izvor]

  1. ^ Chen, Z.; Yang, H.; Pavletich, N. P. (2008). "Mehanizam homologne rekombinacije iz struktura RecA–ssDNK/dsDNK". Nature. 453 (7194): 489–4. Bibcode:2008Natur.453..489C. doi:10.1038/nature06971. PMID 18497818. S2CID 4416531.
  2. ^ Horii T.; Ogawa T. & Ogawa H. (1980). "Organization of the recA gene of Escherichia coli". Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 77 (1): 313–317. Bibcode:1980PNAS...77..313H. doi:10.1073/pnas.77.1.313. PMC 348260. PMID 6244554.
  3. ^ Shinohara, Akira; Ogawa, Hideyuki; Ogawa, Tomoko (1992). "Rad51 protein involved in repair and recombination in S. cerevisiae is a RecA-like protein". Cell. 69 (3): 457–470. doi:10.1016/0092-8674(92)90447-k. PMID 1581961. S2CID 35937283.
  4. ^ Seitz, Erica M.; Brockman, Joel P.; Sandler, Steven J.; Clark, A. John; Kowalczykowski, Stephen C. (1. 5. 1998). "RadA protein is an archaeal RecA protein homolog that catalyzes DNA strand exchange". Genes & Development (jezik: engleski). 12 (9): 1248–1253. doi:10.1101/gad.12.9.1248. ISSN 0890-9369. PMC 316774. PMID 9573041.
  5. ^ Horii T.; Ogawa T.; Nakatani T.; Hase T.; Matsubara H. & Ogawa H. (1981). "Regulation of SOS functions: Purification of E. coli LexA protein and determination of its specific site cleaved by the RecA protein". Cell. 27 (3): 515–522. doi:10.1016/0092-8674(81)90393-7. PMID 6101204. S2CID 45482725.
  6. ^ Little JW (1984). "Autodigestion of lexA and phage lambda repressors". Proc Natl Acad Sci USA. 81 (5): 1375–1379. Bibcode:1984PNAS...81.1375L. doi:10.1073/pnas.81.5.1375. PMC 344836. PMID 6231641.
  7. ^ Maraboeuf F, Voloshin O, Camerini-Otero RD, Takahashi M (1995). "The central aromatic residue in loop L2 of RecA interacts with DNA. Quenching of the fluorescence of a tryptophan reporter inserted in L2 upon binding to DNA". J Biol Chem. 270 (52): 30927–32. doi:10.1074/jbc.270.52.30927. PMID 8537348.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
  8. ^ Wipperman MF, Heaton BE, Nautiyal A, Adefisayo O, Evans H, Gupta R; et al. (2018). "Mycobacterial Mutagenesis and Drug Resistance Are Controlled by Phosphorylation- and Cardiolipin-Mediated Inhibition of the RecA Coprotease". Mol Cell. 72 (1): 152–161.e7. doi:10.1016/j.molcel.2018.07.037. PMC 6389330. PMID 30174294.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
  9. ^ Savir Y, Tlusty T (2010). "RecA-mediated homology search as a nearly optimal signal detection system". Molecular Cell. 40 (3): 388–96. arXiv:1011.4382. doi:10.1016/j.molcel.2010.10.020. PMID 21070965. S2CID 1682936.
  10. ^ De Vlaminck I, van Loenhout MT, Zweifel L, den Blanken J, Hooning K, Hage S, Kerssemakers J, Dekker C (2012). "Mechanism of Homology Recognition in DNA Recombination from Dual-Molecule Experiments". Molecular Cell. 46 (5): 616–624. doi:10.1016/j.molcel.2012.03.029. PMID 22560720.
  11. ^ Lesterlin C, Ball G, Schermelleh L, Sherratt DJ (2014). "RecA bundles mediate homology pairing between distant sisters during DNA break repair". Nature. 506 (7487): 249–53. Bibcode:2014Natur.506..249L. doi:10.1038/nature12868. PMC 3925069. PMID 24362571.
  12. ^ Wigle TJ, Singleton SF (juni 2007). "Directed molecular screening for RecA ATPase inhibitors". Bioorg. Med. Chem. Lett. 17 (12): 3249–53. doi:10.1016/j.bmcl.2007.04.013. PMC 1933586. PMID 17499507.
  13. ^ Cox MM (juni 1991). "The RecA protein as a recombinational repair system". Mol. Microbiol. 5 (6): 1295–9. doi:10.1111/j.1365-2958.1991.tb00775.x. PMID 1787786. S2CID 18521880.
  14. ^ Cox MM (septembar 1993). "Relating biochemistry to biology: how the recombinational repair function of RecA protein is manifested in its molecular properties". BioEssays. 15 (9): 617–23. doi:10.1002/bies.950150908. PMID 8240315.
  15. ^ Akamatsu T, Taguchi H (april 2001). "Incorporation of the whole chromosomal DNA in protoplast lysates into competent cells of Bacillus subtilis". Biosci. Biotechnol. Biochem. 65 (4): 823–9. doi:10.1271/bbb.65.823. PMID 11388459. S2CID 30118947.
  16. ^ Saito Y, Taguchi H, Akamatsu T (mart 2006). "Fate of transforming bacterial genome following incorporation into competent cells of Bacillus subtilis: a continuous length of incorporated DNA". J. Biosci. Bioeng. 101 (3): 257–62. doi:10.1263/jbb.101.257. PMID 16716928.
  17. ^ Johnsborg O, Eldholm V, Håvarstein LS (decembar 2007). "Natural genetic transformation: prevalence, mechanisms and function". Res. Microbiol. 158 (10): 767–78. doi:10.1016/j.resmic.2007.09.004. PMID 17997281.
  18. ^ Kidane D, Graumann PL (juli 2005). "Intracellular protein and DNA dynamics in competent Bacillus subtilis cells". Cell. 122 (1): 73–84. doi:10.1016/j.cell.2005.04.036. PMID 16009134.
  19. ^ Michod RE, Bernstein H, Nedelcu AM (maj 2008). "Adaptive value of sex in microbial pathogens". Infect. Genet. Evol. 8 (3): 267–85. doi:10.1016/j.meegid.2008.01.002. PMID 18295550.

Vanjski linkovi[uredi | uredi izvor]

Preuzeto iz "https://bs.wikipedia.org/w/index.php?title=RecA&oldid=3545371"